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INTRODUCCIÓN
El uso de ácidos orgánicos como preservantes en alimentación animal y
humana es muy antiguo. De hecho, el tradicional ensilado de forrajes se basa en
las propiedades antimicrobianas del ácido láctico, generado por la fermentación
que llevan a cabo bacterias lácticas. También en la Industria Alimentaria son
bien conocidos los procesos que emplean este ácido como conservador, tales
como el yogur, el ―chucrut‖ o el salami. Sin embargo, el empleo de acidificantes
en alimentación animal ha adquirido un considerable interés los últimos años,
debido a la necesidad de encontrar alternativas al empleo de varios antibióticos,
cuyo uso como preventivo se ha prohibido en la legislación europea. (70)
Los acidificantes pueden tener una influencia positiva en la producción
ganadera, ya que pueden limitar la proliferación de bacterias y otros
microorganismos patógenos o nocivos. Al mismo tiempo, es muy difícil prever
las complejas interacciones que pueden darse entre ácidos orgánicos y otros
componentes del alimento, así como la influencia de éstos en el metabolismo
del animal y la microflora saprófita. (15)
2
―Como ingenieros acuicultores, tenemos el desafío de buscar nuevas
alternativas de manejo para optimizar la producción. Anteriormente las
enfermedades las controlábamos con antibióticos que en un futuro fueron
contraproducentes porque ocasionaron efectos colaterales tales como:
resistencia, acumulación en el fondo de las piscinas y mutación de los
patógenos. Los ácidos orgánicos son una alternativa no sólo porque ayudan a
controlar las enfermedades y obtener una mejor supervivencia, sino porque
como vamos a ver más adelante mejoran la conversión alimenticia, el peso de
cosecha, y como consecuencia un mayor rendimiento en las piscinas.‖
3
CAPITULO I
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS ACIDOS ORGÁNICOS
1.1. Ácidos orgánicos: disociación y propiedades.
Concepto.- Los ácidos orgánicos son compuestos oxigenados
derivados de los hidrocarburos que se forman al sustituir en un carbono
primario dos hidrógenos por un oxigeno que se une al carbono mediante un
doble enlace, y el tercer hidrogeno por un grupo (OH) que se une mediante
un enlace simple, el grupo formado por esta sustitución, que como hemos
4
dicho se sitúa siempre en un extremo de la cadena y reciben el nombre de
carboxilo y su fórmula es :
Figura 1.- Fórmula de un ácido orgánico (C. Mortimer)
Clasificación.- Según el número de grupos carboxilo, los ácidos orgánicos
se clasifican en: monocarboxilicos, dicarboxilicos y tricarboxilicos.
Figura 2.- Clasificación según el # de grupos carboxilos
(C. Mortimer)
5
También los ácidos orgánicos se clasifican en: alifáticos, si R es una cadena
lineal de carbonos y aromáticos si R es un anillo de carbonos
Figura 3.- Acido orgánico alifático (C. Mortimer)
Figura 4.- Acido orgánico aromático (C. Mortimer)
Nomenclatura.- El nombre químico de los ácidos se basa en el del alcano o
hidrocarburo aromático correspondiente, anteponiéndose la palabra ―ácido‖ y
empleando la terminación ―oico‖.
6
Se admiten numerosos nombres comunes para estas sustancias, por ejemplo, el
ácido metanoico, presente en muchos insectos, se suele llamar fórmico (lat.
formica = hormiga) y el ácido etanoico se denomina acético (lat. acetum =
vinagre).
Tabla I.- Nomenclatura de algunos ácidos orgánicos (C. Mortimer)
Disociación de los ácidos.- La mayoría de los ácidos orgánicos, como el
acético, son ácidos débiles debido a que no se encuentran totalmente
disociados en solución acuosa. Esto significa que aporta iones al medio,
pero también es capaz de aceptarlos. Si representáramos el ácido con la
fórmula general HA, en una disolución acuosa una cantidad significativa de HA
permanece sin disociar, mientras que el resto del ácido se disociará
7
en iones positivos y negativos , formando un equilibrio ácido-base en la
siguiente forma (H. Dupont).
Las concentraciones en equilibrio de reactivos y productos se relacionan
mediante la constante de acidez ( ), cuya expresión es:
Cuanto mayor es el valor de , más se favorece la formación de iones , y
más bajo es el pH de la disolución. La de los ácidos débiles varía entre
1,80×10-16 y 55,50. Los ácidos con una constante menor de
1,80×10-16 son ácidos más débiles que el agua. Los ácidos con una
constante de más de 55,50 se consideran ácidos fuertes y se
disocian casi en su totalidad cuando son disueltos en agua.
8
Tabla II.- Constantes de acidez de algunos ácidos carboxílicos
(H. Dupont)
Propiedades Físicas.-
Solubilidad.- El grupo carboxilo –COOH confiere carácter polar a los ácidos y
permite la formación de puentes de hidrógeno entre la molécula de ácido
carboxílico y la molécula de agua. La presencia de dos átomos de oxígeno en el
grupo carboxilo hace posible que dos moléculas de ácido se unan entre sí por
puente de hidrógeno doble, formando un dímero cíclico. Esto hace que los
primeros cuatro ácidos monocarboxílicos alifáticos sean líquidos completamente
solubles en agua. La solubilidad disminuye a medida que aumenta el número de
Ácidos alifáticos Ka Ácidos aromáticos Ka
Métanoico 17,7 x 10-
5 Fenil-metanóico
6,3 x 10-
5
Etanóico 1,75 x 10-
5 Paranitrobenzóico 36 x 10-5
Propanóico 1,3 x 10-5 Metanitrobenzoico 32 x 10-5
2-
metilbutanoico
1,68 x 10-
5 Ortonitrobenzóico
670 x 10-
5
9
átomos de carbono. A partir del ácido dodecanóico o ácido láurico los ácidos
carboxílicos son sólidos blandos insolubles en agua.
Figura 5.- Solubilidad de ácidos alifáticos (C. Harris)
En los ácidos aromáticos monocarboxílicos, la relación carbono-carbono es de
6:1 lo que provoca que la solubilidad se vea disminuida con respecto a los
ácidos monocarboxílicos alifáticos.
Figura 6.-Solubilidad de ácidos aromáticos (C. Harris)
Punto de ebullición: Los ácidos carboxílicos presentan puntos de ebullición
elevados debido a la presencia de doble puente de hidrógeno.
10
Figura 7.- Punto de ebullición de los ácidos (C. Harris)
Punto de fusión: El punto de fusión varía según el número de carbonos,
siendo más elevado el de los ácidos fórmico y acético, al compararlos con los
ácidos propiónico, butírico y valérico de 3, 4 y 5 carbonos, respectivamente.
Después de 6 carbonos el punto de fusión se eleva de manera irregular.
Esto se debe a que el aumento del número de átomos de carbono interfiere en
la asociación entre las moléculas. Los ácidos monocarboxílicos aromáticos son
sólidos cristalinos con puntos de fusión altos respecto a los ácidos alifáticos.
Los ácidos fórmico y acético (1, 2 carbonos) son líquidos de olores irritantes.
Los ácidos butíricos, valeriano y capróico (4, 5 y 6 carbonos) presentan olores
desagradables. Los ácidos con mayor cantidad de carbonos presentan poco
olor.
11
Tabla III.- Valores de Puntos de fusión y ebullición de algunos ácidos
(C. Harris)
Nombre
Pto. de
fusión
ºC
Pto. de
ebullición
ºC
Solubilidad gr
en 100 gr de
agua.
Ac. metanóico 8 100,5 Muy soluble
Ac. etanóico 16,6 118 Muy soluble
Ac. propanóico -22 141 Muy soluble
Ac. butanóico -6 164 Muy soluble
Ac. etanodióico 189 239 0,7
Ac. propanodióico 135,6 Soluble
Ac.
fenilmetanóico 122
Soluble
Ac. ftálico 231 250 O,34
12
Propiedades Químicas.-
El comportamiento químico de los ácidos carboxílicos está determinado por el
grupo carboxilo -COOH. Esta función consta de un grupo carbonilo (C=O) y de
un hidroxilo
(-OH). Donde el -OH es el que sufre casi todas las reacciones: pérdida de
protón (H+) o reemplazo del grupo –OH por otro grupo.
Síntesis de los ácidos carboxílicos.- Los ácidos carboxílicos pueden obtenerse a
partir de reacciones químicas como la oxidación de alcoholes primarios, de los
compuestos alquil-bencénicos y por la hidrólisis de nitrilos entre otras.
En la oxidación de alcoholes primarios para obtener ácidos carboxílicos
mediante esta reacción, el alcohol primario se trata con un agente oxidante
fuerte donde el alcohol actúa como un agente reductor oxidándose hasta ácido
carboxílico.
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Figura 8.- Oxidación de alcoholes primarios para obtener ácidos (C. Harris)
La oxidación de los derivados alquil-bencénicos con mezclas oxidantes fuertes
lleva a la formación de ácidos carboxílicos.
Figura 9.- Oxidación de alquil-bencénicos para obtener
ácidos (C. Harris)
Los nitrilos se hidrolizan al ser sometidos a ebullición con ácidos minerales o
álcalis en solución acuosa, generando ácidos carboxílicos mediante sustitución
nucleofílica.
Figura 10.- Hidrólisis de nitrilos para obtener ácidos (C. Harris)
14
1.2. Modo de acción de los ácidos orgánicos: efecto antimicrobiano
Es importante señalar que los ácidos ejercen sobre los microorganismos dos
tipos de efectos distintos, aunque estrechamente relacionados. En primer lugar,
existe un efecto antimicrobiano debido a la acidez en sí, esto es, por un declive
del pH extracelular. El segundo tipo, más importante en la práctica, es el efecto
antimicrobiano específico debido a la forma no disociada, que atraviesa la
membrana celular, y causa una disminución del pH intracelular.
Todos los microorganismos tienen un pH óptimo de crecimiento y un intervalo de
pH fuera del cual les resulta imposible proliferar. Esto se refiere al pH del medio
o extracelular, ya que el pH intracelular tiene que estar necesariamente cerca de
la neutralidad, incluso el de los organismos que crecen mejor a pH ácidos
(acidófilos).
―El mantenimiento de estas condiciones adecuadas de pH se consigue
mediante diversos mecanismos de homeostasis‖ (8)
Las bacterias entéticas, como Escherichia y Salmonella sólo crecen a pH
próximos a la neutralidad (neutrófilos). Dada la naturaleza logarítmica de la
escala de pH, una disminución de 1 o 2 unidades (equivalente a un aumento de
15
10 o 100 veces en la concentración de protones) tiene un efecto drástico sobre
la proliferación de microorganismos.
―La mayoría de las bacterias crecen mal a pH inferiores a 5, pero este nivel de
acidez no garantiza, naturalmente, la esterilidad microbiológica: muchas
bacterias pueden sobrevivir en estas condiciones durante periodos prolongados
de tiempo‖ (70).
Un pH extracelular muy alejado de 7 perturba el gradiente de protones, que es el
principal componente de la fuerza proto-motriz, necesaria para los procesos de
transporte a través de la membrana, motilidad y síntesis de ATP acoplada al
proceso respiratorio. Además, el metabolismo anaeróbico de bacterias se
encuentra regulado por el pH del medio (8). El efecto de la acidificación del
medio depende de la concentración y fuerza del ácido.
Por tanto, este tipo de efecto antimicrobiano ocurrirá igual con ácidos orgánicos
que inorgánicos, con la salvedad de que hará falta utilizar una cantidad mayor
de un ácido orgánico (débil) que de un ácido inorgánico (fuerte) para alcanzar el
mismo pH.
Otra consecuencia negativa de este proceso se debe al aumento de turgor
celular. Al producirse la disociación del ácido en el interior de la célula, la
concentración interna de
16
aniones va aumentar. Esto a su vez, desencadena un mecanismo de
compensación de la carga eléctrica que obliga a la bacteria a aumentar los
niveles de Na+, K+ y/o glutamato, lo que lleva a un incremento mayor de la
fuerza iónica intracelular y del turgor. Este proceso provoca un gran aumento de
la presión mecánica sobre la pared del microorganismo, lo que hace que
eventualmente estalle (28).
Naturalmente, el efecto inhibitorio a causa de la forma no disociada no tiene
lugar si la acidificación se produce utilizando ácidos inorgánicos fuertes, por la
sencilla razón de que todo el ácido se encuentra disociado en disolución. La
mayor o menor actividad inhibitoria de la forma no disociada depende, en primer
lugar, de la capacidad de ésta para atravesar las membranas plasmática y
exterior de la bacteria, por lo que, en general resultarán más eficaces moléculas
de pequeño tamaño y carácter hidrofóbico. Con todo, este tipo de toxicidad se
debe seguramente a otros efectos del anión en el interior de la célula y, por
tanto, su toxicidad hay que determinarla empíricamente para cada ácido
orgánico y cada tipo de microorganismo.
Aunque la acidificación del medio extracelular y el efecto antimicrobiano
específico sean muy diferentes, se encuentran íntimamente relacionados,
17
debido a que la concentración de la forma no disociada de un ácido débil
depende, a su vez, del pH del medio; de acuerdo con la ecuación:
[AH] = [AH] + [A-] / (1+10pH-pKa)
indica que la concentración de la forma no disociada del ácido débil será mayor
a un pH inferior al pKa correspondiente. Esta relación entre pH y concentración
de la forma no disociada permite diseñar acidificantes compuestos por dos
especies químicas, por ejemplo, un ácido inorgánico, con el objetivo de bajar el
pH y un ácido orgánico débil con buen efecto antimicrobiano. Asimismo, es
perfectamente posible emplear las sales correspondientes a los ácidos
orgánicos, que al ser compuestos sólidos resultan más fáciles de manejar.
1.3. Ácidos orgánicos en el pienso. Interacciones entre el pienso y el
ácido orgánico.
Para poder evaluar las consecuencias de añadir acidificantes al alimento, hay
que tener en consideración que los ácidos orgánicos van a tener un efecto no
sólo en el pienso en sí, sino también en el estómago e intestino del animal.
18
Además, estos efectos no se van a limitar a la inhibición de microorganismos
potencialmente tóxicos, sino también a la flora microbiana del intestino y a la
fisiología del animal. Resulta muy difícil hacer generalizaciones, porque los
efectos pueden ser totalmente distintos al variar el tipo de ácido, el pienso sobre
el que se aplica y la especie y la edad del animal.
En primer lugar, debe considerarse el efecto del acidificante sobre el pienso en
sí. El declive del pH será mayor o menor dependiendo de la capacidad de
tamponación del propio pienso. La mayoría de los piensos que se utilizan en la
práctica son muy complejos químicamente y suelen contener sustancias con
capacidad de actuar como tampón. En alimentos de origen animal, las
moléculas más importantes en este sentido son: proteínas, fosfatos y el ácido
láctico, mientras que en alimentos de origen vegetal, éstas son los ácidos
policarboxílicos y, en menor medida, proteínas y fosfatos (24).
En definitiva, el efecto de un acidificante sobre el pH del alimento tiene que
medirse experimentalmente, siendo necesario ajustar la cantidad de ácido en
función de la capacidad de tamponación. En general, las leguminosas tienen
mayor capacidad amortiguadora del pH que los cereales.
19
Los efectos de un acidificante sobre el alimento del ganado no se limitan a la
acción inhibidora de microorganismos, sino que pueden producir otras
modificaciones.
―Por ejemplo, a pH incluso moderadamente ácidos se puede producir la
desnaturalización de proteínas, lo que en general se traduce en un aumento de
la digestibilidad de las mismas‖ (6).
Mayor importancia pueden tener los cambios en la palatabilidad y aceptabilidad
del alimento, factor que puede fácilmente limitar la máxima concentración
posible de ácidos orgánicos.
Una vez ingeridos, los acidificantes también pueden tener efectos en el
estómago del animal. Esto es importante en el caso de los lechones recién
destetados, en virtud de que los mecanismos de secreción de HCl para acidificar
el estómago aún no están completamente desarrollados, y frecuentemente se
produce una ralentización del crecimiento.
―Se ha comprobado experimentalmente que la adición de acidificantes
contribuye a disminuir el pH estomacal y disminuye la incidencia de infecciones
por enterobacterias‖ (27, 7).
20
La disminución del pH estomacal también puede afectar a la digestión de
proteínas, ya que la principal enzima proteolítica del estómago, la pepsina, tiene
un pH óptimo acídico.
―Sin embargo, en la mayoría de los casos este efecto tiene una importancia
secundaria, puesto que el grueso de la digestión proteica se produce en el
intestino‖ (76).
―En rumiantes, la adición de ácidos orgánicos afecta a las bacterias del rumen,
por lo que los efectos son sumamente complejos y hasta la fecha, están mal
conocidos‖ (57).
Por último, la ingestión de ácidos orgánicos va a producir efectos en el intestino
del animal, aunque no es fácil que se produzca una disminución del pH en este
órgano. Puede pensarse en un cierto efecto de protección frente a
enterobacterias patógenas, mientras que la flora beneficiosa, rica en bacterias
lácticas, se verá poco afectada, de hecho, los monogástricos incluído el humano
mantienen poblaciones bacterianas muy bajas en el intestino delgado, gracias a
mecanismos naturales de defensa, en particular, a la secreción de proteínas
antibacterianas (defensinas) por el epitelio intestinal. El posible sinergismo entre
ácidos orgánicos y proteínas antibacterianas constituye una interesante área de
21
investigación para el futuro. Como síntesis se establece que los ácidos
orgánicos son metabolizables y contribuyen a la energía bruta del alimento.
―En algunas ocasiones se ha determinado que la combinación de ácidos
orgánicos resulta más efectiva que la suma de los efectos de ambos por
separado‖ (73).
Una explicación posible se asocia a la combinación acidificante-antibacteriano
antes mencionada. En otros casos, la explicación al sinergismo requerirá un
mejor conocimiento del mecanismo de acción de los ácidos (70)
1.4. Ácidos orgánicos como promotores de crecimiento
La aplicación de ácidos orgánicos y sus sales para las dietas de cerdos ha sido
extensamente estudiada. Han comenzado a utilizarse desde que la prohibición
de promotores de crecimiento a base de antibióticos entró en vigencia en
Europa en el 2006. Numerosos estudios han demostrado su modo y magnitud
de acción y han establecido las dosis efectivas para los lechones, cerdos de
engorde y cerdas. El uso de ácido fórmico y su doble sal de potasio en particular
han sido objeto de intensa investigación, con el resultado que ahora conocemos
su efecto dependiente de la dosis sobre el desempeño del crecimiento y la
conversión alimenticia en cerdos bajo un rango de diferentes condiciones
ambientales y las formulaciones de alimentos. Su principal modo de acción es
22
su efecto antimicrobiano, lo cual hace que sea comparable con los promotores
de crecimiento a base de antibióticos; sin embargo, los ácidos orgánicos
también reducen el pH en el estómago, lo que optimiza las condiciones para la
actividad de la pepsina, y aumenta la digestibilidad del nitrógeno, fósforo y
algunos minerales.
Esto no es solo benéfico al reservar los nutrientes, sino que también previene
pérdidas que podrían de otro modo contribuir a la contaminación ambiental. Más
recientemente, el uso de ácidos en general y en particular los diformatos, se ha
extendido a las industrias de las aves de corral y de la Acuicultura. Sus efectos
en el mejoramiento del rendimiento en las aves de corral y los peces están
documentados (70). Con un efecto promotor de crecimiento similar al de los
promotores de crecimiento a base de antibióticos, el paso de promotores de
crecimiento hacia los ácidos orgánicos, especialmente diformato de potasio,
puede lograrse sin detrimento de la rentabilidad.
La aplicación benéfica de las sales de ácidos orgánicos también fue demostrada
por Tung et al. (2006) quien utilizo 5 kg / Ton de citrato de sodio junto a
lactobacillos inactivados para impulsar el crecimiento del camarón de kuruma
23
(Masurpenaeus japonicus). Por último, un informe reciente (Lückstädt, datos no
publicados) sugiere que una dosis de 2,5 kg / Ton de formiato de calcio también
puede aumentar las tasas de supervivencia en el cultivo de camarón de agua
dulce en Taiwán. Sin embargo, aquellos resultados obtenidos deben ser
evaluados en más de una temporada de cultivo.
1.5. Estudios previos del uso de ácidos orgánicos en camarón
Ácidos orgánicos como inhibidores del crecimiento de un potencial
patógeno para el camarón: vibrio harveyi (ensayo in vitro)
Saori Mine y Raj Boopathy (2011) del Departamento de Ciencias Biológicas de
la Universidad de Nicholls estudiaron el efecto de ácidos orgánicos sobre un
patógeno del camarón: El vibrio harveyi., en este estudio, se investigaron los
efectos inhibidores del crecimiento de los ácidos orgánicos de cadena corta, a
saber: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico y ácido butírico, sobre V.
Harveyi(82).
Los resultados de esta prueba de laboratorio fueron los siguientes:
24
Entre los cuatro ácidos, el ácido fórmico mostró el mayor efecto inhibitorio sobre
V. harveyi seguido de ácido acético, ácido propiónico y ácido butírico:
Acido fórmico >Acido acético >Acido propiónico >Acido butírico
La concentración mínima inhibitoria (MIC) de acido fórmico al 0.035% suprimió
el crecimiento de V. harveyi. El principal mecanismo de inhibición parece ser el
efecto del pH de los ácidos orgánicos:
Acido fórmico (0,035 %) < acido Propiónico (0,06 %) < acido acético y Butírico
(0,1 %).
Los valores de la concentración efectiva 50 (EC 50) a las 96 horas de inoculación
para todos los ácidos orgánicos se determino en 0.023, 0.041, 0.03, y 0.066%
para acido fórmico, acético, propiónico y butírico, respectivamente:
Acido fórmico (0, 023 %) < Acido propiónico (0,030 %) < Acido acético (0,041 %)
< Acido butírico (0,066 %).
Estos resultados del estudio de laboratorio son alentadores para formular
alimentos para camarones con ácidos orgánicos y así controlar la infección por
vibrio en las granjas de camarones de acuicultura.
25
CAPÍTULO II
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS BACTERIAS PATÓGENAS
2.1. Aspectos biológicos de las bacterias
26
Las bacterias son los organismos más abundantes del planeta. Son ubicuas, se
encuentran en todos los hábitats terrestres y acuáticos; crecen hasta en los más
extremos como en los manantiales de aguas calientes y ácidas, en desechos
radioactivos, en las profundidades tanto del mar como de la corteza terrestre
(29). Algunas bacterias pueden incluso sobrevivir en las condiciones extremas
del espacio exterior. Se estima que se pueden encontrar en torno a 40 millones
de células bacterianas en un gramo de tierra y un millón de células bacterianas
en un mililitro de agua dulce. En total, se calcula que hay aproximadamente
5×1030 bacterias en el mundo (98).
Las bacterias son imprescindibles para el reciclaje de los elementos, pues
muchos pasos importantes de los ciclos biogeoquímicos dependen de éstas.
Como ejemplo cabe citar la fijación del nitrógeno atmosférico. Sin embargo,
solamente la mitad de los filos conocidos de bacterias tienen especies que se
pueden cultivar en el laboratorio, por lo que una gran parte (se supone que
cerca del 90%) de las especies de bacterias existentes todavía no ha sido
descrita (75).
En el cuerpo humano hay aproximadamente diez veces más células bacterianas
que células humanas, con una gran cantidad de bacterias en la piel y en el
27
tracto digestivo. Aunque el efecto protector del sistema inmunitario hace que la
gran mayoría de estas bacterias sea inofensiva o beneficiosa, algunas bacterias
patógenas pueden causar enfermedades infecciosas, incluyendo: cólera, sífilis,
lepra, tifus, difteria, escarlatina, etc. Las enfermedades bacterianas mortales
más comunes son las infecciones respiratorias, con una mortalidad sólo para la
tuberculosis de cerca de dos millones de personas al año (83).
En todo el mundo se utilizan antibióticos para tratar las infecciones bacterianas.
Los antibióticos son efectivos contra las bacterias porque inhiben la formación
de la pared celular o detienen otros procesos de su ciclo de vida. También se
usan extensamente en la agricultura y la ganadería, lo que ocasiona que se esté
generalizando la resistencia de las bacterias a los antibióticos. En la industria,
las bacterias son importantes en procesos tales como: En el tratamiento de
aguas residuales, producción de queso, yogur, mantequilla, vinagre, y la
fabricación de medicamentos y de otros productos químicos (39).
28
Morfología bacteriana
La forma de las bacterias es muy variada y, a menudo, una misma especie
adopta distintos tipos morfológicos, lo que se conoce como pleomorfismo. De
todas formas, podemos distinguir tres tipos fundamentales de bacterias:
Coco (del griego kókkos, grano): de forma esférica.
Diplococo: cocos en grupos de dos.
Tetracoco: cocos en grupos de cuatro.
Estreptococo: cocos en cadenas.
Estafilococo: cocos en agrupaciones irregulares o en racimo.
Bacilo (del latín baculus, varilla): en forma de bastoncillo.
Formas helicoidales:
Vibrio: ligeramente curvados y en forma de coma, judía o cacahuete.
Espirilo: en forma helicoidal rígida o en forma de tirabuzón.
29
Espiroqueta: en forma de tirabuzón (helicoidal flexible).
Algunas especies presentan incluso formas tetraédricas o cúbicas (30). Esta
amplia variedad de formas es determinada en última instancia por la
composición de la pared celular y el citoesqueleto, siendo de vital importancia,
porque puede influir en la capacidad de la bacteria para adquirir nutrientes,
unirse a superficies o moverse en presencia de estímulos (100).
A continuación se citan diferentes especies con diversos patrones de
asociación:
Neisseria gonorrhoeae en forma diploide (por pares).
Streptococcus en forma de cadenas.
Staphylococcus en forma de racimos.
Actinobacteria en forma de filamentos. Dichos filamentos suelen rodearse de
una vaina que contiene multitud de células individuales, pudiendo llegar a
ramificarse, como el género Nocardia, adquiriendo así el aspecto del micelio de
un hongo, (26).
30
Por último, cabe destacar un tipo de morfología más compleja aún, observable
en algunos microorganismos del grupo de las mixobacterias. Cuando estas
bacterias se encuentran en un medio escaso en aminoácidos son capaces de
detectar a las células de alrededor, en un proceso conocido como quorum
sensing, en el cual todas las células migran hacia las demás y se agregan,
dando lugar a cuerpos fructíferos que pueden alcanzar los 0,5 mm de longitud y
contener unas 100.000 células (85). Una vez formada dicha estructura las
bacterias son capaces de llevar a cabo diferentes funciones, es decir, se
diferencian, alcanzando así un cierto nivel de organización pluricelular. Por
ejemplo, entre una y diez células migran a la parte superior del cuerpo fructífero
y, una vez allí, se diferencian para dar lugar a un tipo de células latentes
denominadas mixosporas, las cuales son más resistentes a la desecación y, en
general, a condiciones ambientales adversas (46).
Estructura de la célula bacteriana
Las bacterias son organismos relativamente sencillos. Sus dimensiones son
muy reducidas, unos 2 μm de ancho por 7-8 μm de longitud en la forma
cilíndrica (bacilo) de tamaño medio; aunque son muy frecuentes las especies de
0,5-1,5 μm.
31
Carecen de un núcleo delimitado por una membrana aunque presentan un
nucleoide, una estructura elemental que contiene una gran molécula circular de
ADN. El citoplasma carece de orgánulos delimitados por membranas y de las
formaciones protoplasmáticas propias de las células eucariotas. En el
citoplasma se pueden apreciar plásmidos, pequeñas moléculas circulares de
ADN que coexisten con el nucleoide, contienen genes y son comúnmente
usados por las bacterias en la conjugación. El citoplasma también contiene
vacuolas (gránulos que contienen sustancias de reserva) y ribosomas (utilizados
en la síntesis de proteínas).
Una membrana citoplasmática compuesta de lípidos rodea el citoplasma y, al
igual que las células de las plantas, la mayoría posee una pared celular, que en
este caso está compuesta por peptidoglicano (mureína). Algunas bacterias,
además, presentan una segunda membrana lipídica (membrana externa)
rodeando a la pared celular. El espacio comprendido entre la membrana
citoplasmática y la pared celular (o la membrana externa si esta existe) se
denomina espacio periplásmico. Algunas bacterias presentan una cápsula y
otras son capaces de desarrollarse como endosporas, estados latentes capaces
32
de resistir condiciones extremas. Entre las formaciones exteriores propias de la
célula bacteriana destacan los flagelos y los pili (36).
Estructuras intracelulares
La membrana citoplasmática bacteriana tiene una estructura similar a la de
plantas y animales. Es una bicapa lipídica compuesta fundamentalmente de
fosfolípidos en la que se insertan moléculas de proteínas. En las bacterias
realiza numerosas funciones entre las que se incluyen las de barrera osmótica,
transporte, biosíntesis, transducción de energía, centro de replicación de ADN y
punto de anclaje para los flagelos. A diferencia de las membranas eucarióticas,
generalmente no contiene esteroles (son excepciones micoplasmas y algunas
proteobacterias), aunque puede contener componentes similares denominados
hopanoides.
Muchas importantes reacciones bioquímicas que tienen lugar en las células se
producen por la existencia de gradientes de concentración a ambos lados de
33
una membrana. Este gradiente crea una diferencia de potencial análoga a la de
una batería eléctrica y permite a la célula, por ejemplo, el transporte de
electrones y la obtención de energía. La ausencia de membranas internas en las
bacterias significa que estas reacciones tienen que producirse a través de la
propia membrana citoplasmática, entre el citoplasma y el espacio periplásmico.
(46).
Puesto que las bacterias son procariotas no tienen orgánulos citoplasmáticos
delimitados por membranas y por ello presentan pocas estructuras
intracelulares. Carecen de núcleo celular, mitocondrias, cloroplastos y de los
otros orgánulos presentes en las células eucariotas, tales como el aparato de
Golgi y el retículo endoplasmático (36).
Como excepción, algunas bacterias contienen estructuras intracelulares
rodeadas por membranas que pueden considerarse primitivos orgánulos.
Ejemplos son los tilacoides de las cianobacterias, los compartimentos que
contienen amonio monooxigenasa en nitrosomonadaceae y diversas estructuras
en planctomycetes (5)
34
Como todos los organismos vivos, las bacterias contienen ribosomas para la
síntesis de proteínas, Muchas bacterias presentan vacuolas, gránulos
intracelulares para el almacenaje de sustancias, como por ejemplo glucógeno,
polifosfatos, azufre o polihidroxialcanoatos. (10). Ciertas especies bacterianas
fotosintéticas, tales como las cianobacterias, producen vesículas internas de gas
que utilizan para regular su flotabilidad y así alcanzar la profundidad con
intensidad de luz óptima y/o unos niveles de nutrientes óptimos. Otras
estructuras presentes en ciertas especies son los carboxisomas (que contienen
enzimas para la fijación de carbono) y los magnetosomas (para la orientación
magnética) ( 45)
Las bacterias no tienen un núcleo delimitado por membranas. El material
genético está organizado en un único cromosoma situado en el citoplasma,
dentro de un cuerpo irregular denominado nucleoide (32). La mayoría de los
cromosomas bacterianos son circulares, si bien existen algunos ejemplos de
cromosomas lineales, por ejemplo, Borrelia burgdorferi. El nucleoide contiene el
cromosoma junto con las proteínas asociadas y ARN. El orden Planctomycetes
es una excepción, pues una membrana rodea su nucleoide y tiene varias
estructuras celulares delimitadas por membranas (5)
35
Anteriormente se pensaba que las células procariotas no poseían citoesqueleto,
pero desde entonces se han encontrado homólogos bacterianos de las
principales proteínas del citoesqueleto de los eucariontes. Estos incluyen las
proteínas estructurales FtsZ (que se ensambla en un anillo para mediar durante
la división celular bacteriana) y MreB (que determina la anchura de la célula). El
citoesqueleto bacteriano desempeña funciones esenciales en la protección,
determinación de la forma de la célula bacteriana y en la división celular (32)
Estructuras extracelulares
Las bacterias disponen de una pared celular que rodea a su membrana
citoplasmática. Las paredes celulares bacterianas están hechas de
peptidoglicano (llamado antiguamente mureína). Esta sustancia está compuesta
por cadenas de polisacárido enlazadas por péptidos inusuales que contienen
aminoácidos (84). Estos aminoácidos no se encuentran en las proteínas, por lo
que protegen a la pared de la mayoría de las peptidasas. Las paredes celulares
bacterianas son distintas de las que tienen plantas y hongos, compuestas de
celulosa y quitina, respectivamente (96). Son también distintas a las paredes
celulares de Archaea, que no contienen peptidoglicano. El antibiótico penicilina
36
puede matar a muchas bacterias inhibiendo un paso de la síntesis del
peptidoglicano..
Existen dos diferentes tipos de pared celular bacteriana denominadas Gram-
positiva y Gram-negativa, respectivamente. Estos nombres provienen de la
reacción de la pared celular a la tinción de Gram, un método tradicionalmente
empleado para la clasificación de las especies bacterianas (47). Las bacterias
Gram-positivas tienen una pared celular gruesa que contiene numerosas capas
de peptidoglicano en las que se inserta ácido teicoico. En cambio, las bacterias
Gram-negativas tienen una pared relativamente fina, consistente en unas pocas
capas de peptidoglicano, rodeada por una segunda membrana lipídica (la
membrana externa) que contiene lipopolisacáridos y lipoproteínas.
Las micoplasmas son una excepción, pues carecen de pared celular. La
mayoría de las bacterias tienen paredes celulares Gram-negativas; solamente
son Gram-positivas Firmicutes y Actinobacteria. Estos dos grupos eran
antiguamente conocidos como bacterias Gram-positivas de contenido GC bajo y
bacterias Gram-positivas de contenido GC alto, respectivamente. Estas
37
diferencias en la estructura de la pared celular dan lugar a diferencias en la
susceptibilidad antibiótica. Por ejemplo, la vancomicina puede matar solamente
a bacterias Gram-positivas y es ineficaz contra patógenos Gram-negativos, tales
como Haemophilus influenzae o Pseudomonas aeruginosa (38).
Dentro del filo Actinobacteria cabe hacer una mención especial al género
Mycobacterium, el cual, si bien se encuadra dentro de las Gram positivas, no
parece serlo desde el punto de vista empírico, ya que su pared no retiene el
tinte. Esto se debe a que presentan una pared celular poco común, rica en
ácidos micólicos, de carácter hidrófobo y ceroso y bastante gruesa, lo que les
confiere una gran resistencia.
Muchas bacterias tienen una capa S de moléculas de proteína de estructura
rígida que cubre la pared celular. Esta capa proporciona protección química y
física para la superficie celular y puede actuar como una barrera de difusión
macromolecular. Las capas S tienen diversas (aunque todavía no bien
comprendidas) funciones. Por ejemplo, en el género Campylobacter actúan
38
como factores de virulencia y en la especie Bacillus stearothermophilus
contienen enzimas superficiales (21)
Los flagelos son largos apéndices filamentosos compuestos de proteínas y
utilizados para el movimiento. Tienen un diámetro aproximado de 20 nm y una
longitud de hasta 20 μm. Los flagelos son impulsados por la energía obtenida de
la transferencia de iones. Esta Transferencia es impulsada por el gradiente
electroquímico que existe entre ambos lados de La membrana citoplasmática.
Las fimbrias son filamentos finos de proteínas que se distribuyen sobre la
superficie de la célula. Tienen un diámetro aproximado de 2-10 nm y una
longitud de hasta varios μm. Cuando se observan a través del microscopio
electrónico se asemejan a pelos finos. Las fimbrias ayudan a la adherencia de
las bacterias a las superficies sólidas o a otras células y son esenciales en la
virulencia de algunos patógenos. Los pili son apéndices celulares ligeramente
mayores que las fimbrias y se utilizan para la transferencia de material genético
entre bacterias en un proceso denominado conjugación bacteriana (48).
Muchas bacterias son capaces de acumular material en el exterior para recubrir
su superficie. Dependiendo de la rigidez y su relación con la célula se clasifican
en cápsulas y glicocalix. La cápsula es una estructura rígida que se une
39
firmemente a la superficie bacteriana, en tanto que el glicocalix es flexible y se
une de forma laxa. Estas estructuras protegen a las bacterias pues dificultan que
sean fagocitadas por células eucariotas tales como los macrófagos. También
pueden actuar como antígenos y estar implicadas en el reconocimiento
bacteriano, así como ayudar a la adherencia superficial y a la formación de
biopelículas (90).
La formación de estas estructuras extracelulares depende del sistema de
secreción bacteriano. Este sistema transfiere proteínas desde el citoplasma al
periplasma o al espacio que rodea a la célula. Se conocen muchos tipos de
sistemas de secreción, que son a menudo esenciales para la virulencia de los
patógenos, por lo que son extensamente estudiados.
Ciertos géneros de bacterias Gram-positivas, tales como Bacillus, Clostridium,
Sporohalobacter, Anaerobacter y Heliobacterium, pueden formar endosporas.[79]
Las endosporas son estructuras durmientes altamente resistentes cuya función
primaria es sobrevivir cuando las condiciones ambientales son adversas. En
casi todos los casos, las endosporas no forman parte de un proceso
40
reproductivo, aunque Anaerobacter puede formar hasta siete endosporas a
partir de una célula.[80] Las endosporas tienen una base central de citoplasma
que contiene ADN y ribosomas, rodeada por una corteza y protegida por una
cubierta impermeable y rígida (67).
Las endosporas no presentan un metabolismo detectable y pueden sobrevivir a
condiciones físicas y químicas extremas, tales como altos niveles de luz
ultravioleta, rayos gamma, detergentes, desinfectantes, calor, presión y
desecación. En este estado durmiente, las bacterias pueden seguir viviendo
durante millones de años, e incluso pueden sobrevivir en la radiación y vacío del
espacio exterior. Las endosporas pueden también causar enfermedades. Por
ejemplo, puede contraerse carbunco por la inhalación de endosporas de Bacillus
anthracis y tétanos por la contaminación de las heridas con endosporas de
Clostridium tetani (12).
Metabolismo
41
En contraste con los organismos superiores, las bacterias exhiben una gran
variedad de tipos metabólicos. La distribución de estos tipos metabólicos dentro
de un grupo de bacterias se ha utilizado tradicionalmente para definir su
taxonomía, pero estos rasgos no corresponden a menudo con las clasificaciones
genéticas modernas. El metabolismo bacteriano se clasifica con base en tres
criterios importantes: el origen del carbono, la fuente de energía y los donadores
de electrones. Un criterio adicional para clasificar a los microorganismos que
respiran es el receptor de electrones usado en la respiración (99).
Según la fuente de carbono, las bacterias se pueden clasificar como:
Heterótrofas, cuando usan compuestos orgánicos.
Autótrofas, cuando el carbono celular se obtiene mediante la fijación del dióxido
de carbono.
Las bacterias autótrofas típicas son las cianobacterias fotosintéticas, las
bacterias verdes del azufre y algunas bacterias púrpura. Pero hay también
muchas otras especies quimiolitotrofas, por ejemplo, las bacterias nitrificantes y
oxidantes del azufre (102).
42
Según la fuente de energía, las bacterias pueden ser:
Fototrofas, cuando emplean la luz a través de la fotosíntesis.
Quimiotrofas, cuando obtienen energía a partir de sustancias químicas que son
oxidadas principalmente a expensas del oxígeno (respiración aerobia) o de otros
receptores de electrones alternativos (respiración anaerobia).
Según los donadores de electrones, las bacterias también se pueden clasificar
como:
Litotrofas, si utilizan como donadores de electrones compuestos inorgánicos.
Organotrofas, si utilizan como donadores de electrones compuestos orgánicos.
Los organismos quimiotrofos usan donadores de electrones para la
conservación de energía (durante la respiración aerobia, anaerobia y la
fermentación) y para las reacciones biosintéticas (por ejemplo, para la fijación
del dióxido de carbono), mientras que los organismos fototrofos los utilizan
únicamente con propósitos biosintéticos.
43
Los organismos que respiran usan compuestos químicos como fuente de
energía, tomando electrones del sustrato reducido y transfiriéndolos a un
receptor terminal de electrones en una reacción redox. Esta reacción desprende
energía que se puede utilizar para sintetizar ATP y así mantener activo el
metabolismo. En los organismos aerobios, el oxígeno se utiliza como receptor
de electrones. En los organismos anaerobios se utilizan como receptores de
electrones otros compuestos inorgánicos tales como nitratos, sulfatos o dióxido
de carbono. Esto conduce a que se lleven a cabo los importantes procesos
biogeoquímicos de la desnitrificación, la reducción del sulfato y la acetogénesis,
respectivamente. Otra posibilidad es la fermentación, un proceso de oxidación
incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto
orgánico, que al reducirse será el receptor final de los electrones. Ejemplos de
productos de fermentación reducidos son el lactato (en la fermentación láctica),
etanol (en la fermentación alcohólica), hidrógeno, butirato, etc. La fermentación
es posible porque el contenido de energía de los sustratos es mayor que el de
los productos, lo que permite que los organismos sinteticen ATP y mantengan
activo su metabolismo. Los organismos anaerobios facultativos pueden elegir
entre la fermentación y diversos receptores terminales de electrones
dependiendo de las condiciones ambientales en las cuales se encuentren (103).
44
Las bacterias litotrofas pueden utilizar compuestos inorgánicos como fuente de
energía. Los donadores de electrones inorgánicos más comunes son el
hidrógeno, el monóxido de carbono, el amoníaco (que conduce a la nitrificación),
el hierro ferroso y otros iones de metales reducidos, así como varios
compuestos de azufre reducidos. En determinadas ocasiones, las bacterias
metanotrofas pueden usar gas metano como fuente de electrones y como
sustrato simultáneamente, para el anabolismo del carbono.[92] En la fototrofía y
quimiolitotrofía aerobias, se utiliza el oxígeno como receptor terminal de
electrones, mientras que bajo condiciones anaeróbicas se utilizan compuestos
inorgánicos. La mayoría de los organismos litotrofos son autótrofos, mientras
que los organismos organotrofos son heterótrofos (19).
Además de la fijación del dióxido de carbono mediante la fotosíntesis, algunas
bacterias también fijan el gas nitrógeno usando la enzima nitrogenasa. Esta
característica es muy importante a nivel ambiental y se puede encontrar en
bacterias de casi todos los tipos metabólicos enumerados anteriormente,
aunque no es universal.[93] El metabolismo microbiano puede jugar un papel
importante en la biorremediación pues, por ejemplo, algunas especies pueden
45
realizar el tratamiento de las aguas residuales y otras son capaces de degradar
los hidrocarburos, sustancias tóxicas e incluso radiactivas. En cambio, las
bacterias reductoras de sulfato son en gran parte responsables de la producción
de formas altamente tóxicas de mercurio (metil- y dimetil-mercurio) en el
ambiente (101).
Movimiento
Algunas bacterias son inmóviles y otras limitan su movimiento a cambios de
profundidad. Por ejemplo, cianobacterias y bacterias verdes del azufre contienen
vesículas de gas con las que pueden controlar su flotabilidad y así conseguir un
óptimo de luz y alimento. Las bacterias móviles pueden desplazarse por
deslizamiento, mediante contracciones o más comúnmente usando flagelos.
Algunas bacterias pueden deslizarse por superficies sólidas segregando una
sustancia viscosa, pero el mecanismo que actúa como propulsor es todavía
desconocido. En el movimiento mediante contracciones, la bacteria usa su pilus
de tipo IV como gancho de ataque, primero lo extiende, anclándolo y después lo
contrae con una fuerza notable (>80 Newton (unidad)|pN) (3).
46
El flagelo bacteriano es un largo apéndice filamentoso helicoidal propulsado por
un motor rotatorio (como una hélice) que puede girar en los dos sentidos. El
motor utiliza como energía un gradiente electroquímico a través de la
membrana. Los flagelos están compuestos por cerca de 20 proteínas, con
aproximadamente otras 30 proteínas para su regulación y coordinación. Hay que
tener en cuenta que, dado el tamaño de la bacteria, el agua les resulta muy
viscosa y el mecanismo de propulsión debe ser muy potente y eficiente. Los
flagelos bacterianos se encuentran tanto en las bacterias Gram-positivas como
Gram-negativas y son completamente diferentes de los eucarióticos y, aunque
son superficialmente similares a los arqueanos, se consideran no homólogos
(62).
Según el número y disposición de los flagelos en la superficie de la bacteria se
distinguen los siguientes tipos: un solo flagelo (monotrico), un flagelo en cada
extremo (anfitrico), grupos de flagelos en uno o en los dos extremos (lofotrico) y
flagelos distribuidos sobre toda la superficie de la célula (peritricos). En un grupo
único de bacterias, las espiroquetas, se presentan unos flagelos especializados,
denominados filamentos axiales, localizados intracelularmente en el espacio
periplásmico, entre las dos membranas. Estos producen un movimiento rotatorio
47
que hace que la bacteria gire como un sacacorchos desplazándose hacia
delante (62).
Muchas bacterias (tales como E. coli) tienen dos tipos de movimiento: en línea
recta (carrera) y aleatorio. En este último, se realiza un movimiento
tridimensional aleatorio al combinar la bacteria carreras cortas con virajes al
azar. Las bacterias móviles pueden presentar movimientos de atracción o
repulsión determinados por diferentes estímulos. Estos comportamientos son
denominados taxis, e incluyen diversos tipos como la quimiotaxis, la fototaxis o
la magnetotaxis. En el peculiar grupo de las mixobacterias, las células
individuales se mueven juntas formando ondas de células, que terminarán
agregándose para formar los cuerpos fructíferos característicos de este género.
El movimiento de las mixobacterias se produce solamente sobre superficies
sólidas, en contraste con E. coli, que es móvil tanto en medios líquidos como
sólidos (59).
Varias especies de Listeria y Shigella se mueven dentro de las células huésped
apropiándose de su citoesqueleto, que normalmente movería los orgánulos. La
polimerización de actina crea un empuje en un extremo de la bacteria que la
mueve a través del citoplasma de la célula huésped (46)
48
Reproducción
En las bacterias, el aumento en el tamaño de las células (crecimiento) y la
reproducción por división celular están íntimamente ligados, como en la mayor
parte de los organismos unicelulares. Las bacterias crecen hasta un tamaño fijo
y después se reproducen por fisión binaria, una forma de reproducción asexual
(33). En condiciones apropiadas, una bacteria Gram-positiva puede dividirse
cada 20–30 minutos y una Gram-negativa cada 15–20 minutos, y en alrededor
de 16 horas su número puede ascender a unos 5.000 millones
(aproximadamente el número de personas que habitan la Tierra). Bajo
condiciones óptimas, algunas bacterias pueden crecer y dividirse muy rápido,
tanto como cada 9,8 minutos. En la división celular se producen dos células
hijas idénticas. Algunas bacterias, todavía reproduciéndose asexualmente,
forman estructuras reproductivas más complejas que facilitan la dispersión de
las células hijas recién formadas. Ejemplos incluyen la formación de cuerpos
fructíferos (esporangios) en las mixobacterias, la formación de hifas en
Streptomyces y la gemación. En la gemación una célula forma una
protuberancia que a continuación se separa y produce una nueva célula hija
(47).
49
Por otro lado, cabe destacar un tipo de reproducción sexual en bacterias,
denominada parasexualidad bacteriana. En este caso, las bacterias son
capaces de intercambiar material genético en un proceso conocido como
conjugación bacteriana. Durante el proceso una bacteria donante y una bacteria
receptora llevan a cabo un contacto mediante pelos sexuales huecos o pili, a
través de los cuales se transfiere una pequeña cantidad de ADN independiente
o plásmido conjugativo. El mejor conocido es el plásmido F de E. coli, que
además puede integrarse en el cromosoma bacteriano. En este caso recibe el
nombre de episoma, y en la transferencia arrastra parte del cromosoma
bacteriano. Se requiere que exista síntesis de ADN para que se produzca la
conjugación. La replicación se realiza al mismo tiempo que la transferencia.
Crecimiento
El crecimiento bacteriano sigue tres fases. Cuando una población bacteriana se
encuentra en un nuevo ambiente con elevada concentración de nutrientes que le
permiten crecer necesita un período de adaptación a dicho ambiente. Esta
50
primera fase se denomina fase de adaptación o fase log y conlleva un lento
crecimiento, donde las células se preparan para comenzar un rápido
crecimiento, y una elevada tasa de biosíntesis de las proteínas necesarias para
ello, como ribosomas, proteínas de membrana, etc. La segunda fase de
crecimiento se denomina fase exponencial, ya que se caracteriza por el
crecimiento exponencial de las células. La velocidad de crecimiento durante esta
fase se conoce como la tasa de crecimiento k y el tiempo que tarda cada célula
en dividirse como el tiempo de generación g. Durante esta fase, los nutrientes
son metabolizados a la máxima velocidad posible, hasta que dichos nutrientes
se agoten, dando paso a la siguiente fase. La última fase de crecimiento se
denomina fase estacionaria y se produce como consecuencia del agotamiento
de los nutrientes en el medio. En esta fase las células reducen drásticamente su
actividad metabólica y comienzan a utilizar como fuente energética aquellas
proteínas celulares no esenciales. La fase estacionaria es un período de
transición desde el rápido crecimiento a un estado de respuesta a estrés, en el
cual se activa la expresión de genes involucrados en la reparación del ADN, en
el metabolismo antioxidante y en el transporte de nutrientes (20) .
51
Genética
La mayoría de las bacterias tienen un único cromosoma circular cuyo tamaño
puede ir desde sólo 160.000 pares de bases en la bacteria endosimbionte
Candidatus Carsonella ruddii a los 12.200.000 pares de bases de la bacteria del
suelo Sorangium cellulosum. Las espiroquetas del género Borrelia (que
incluyen, por ejemplo, a Borrelia burgdorferi, la causa de la enfermedad de
Lyme) son una notable excepción a esta regla pues contienen un cromosoma
lineal. Las bacterias pueden tener también plásmidos, pequeñas moléculas de
ADN extra-cromosómico que pueden contener genes responsables de la
resistencia a los antibióticos o factores de virulencia. Otro tipo de ADN
bacteriano proviene de la integración de material genético procedente de
bacteriófagos (los virus que infectan bacterias). Existen muchos tipos de
bacteriófagos, algunos simplemente infectan y rompen las células huésped
bacterianas, mientras que otros se insertan en el cromosoma bacteriano. De
esta forma se pueden insertar genes del virus que contribuyan al fenotipo de la
bacteria. Por ejemplo, en la evolución de Escherichia coli O157:H7 y Clostridium
botulinum, los genes tóxicos aportados por un bacteriófago convirtieron a una
inofensiva bacteria ancestral en un patógeno letal (74).
52
Las bacterias, como organismos asexuales que son, heredan copias idénticas
de genes, es decir, son clones. Sin embargo, pueden evolucionar por selección
natural mediante cambios en el ADN debidos a mutaciones y a la recombinación
genética. Las mutaciones provienen de errores durante la réplica del ADN o por
exposición a agentes mutagénicos. Las tasas de mutación varían ampliamente
entre las diversas especies de bacterias e incluso entre diferentes cepas de una
misma especie de bacteria. Los cambios genéticos pueden producirse al azar o
ser seleccionados por estrés, en donde los genes implicados en algún proceso
que limita el crecimiento tienen una mayor tasa de mutación (17).
Las bacterias también pueden transferirse material genético entre células. Esto
puede realizarse de tres formas principalmente. En primer lugar, las bacterias
pueden recoger ADN exógeno del ambiente en un proceso denominado
transformación. Los genes también se pueden transferir por un proceso de
transducción mediante el cual un bacteriófago introduce ADN extraño en el
cromosoma bacteriano. El tercer método de transferencia de genes es por
conjugación bacteriana, en donde el ADN se transfiere a través del contacto
directo (por medio de un pilus) entre células. Esta adquisición de genes de otras
bacterias o del ambiente se denomina transferencia de genes horizontal y puede
53
ser común en condiciones naturales. La transferencia de genes es
especialmente importante en la resistencia a los antibióticos, pues permite una
rápida diseminación de los genes responsables de dicha resistencia entre
diferentes patógenos (18).
Interacciones con otros organismos
A pesar de su aparente simplicidad, las bacterias pueden formar asociaciones
complejas con otros organismos. Estas asociaciones se pueden clasificar como
parasitismo, mutualismo y comensalismo (97).
Comensales
Debido a su pequeño tamaño, las bacterias comensales son ubicuas y crecen
sobre animales y plantas exactamente igual a como crecerían sobre cualquier
otra superficie. Así, por ejemplo, grandes poblaciones de estos organismos son
las causantes del mal olor corporal y su crecimiento puede verse aumentado
con el calor y el sudor.
54
Mutualistas
Ciertas bacterias forman asociaciones íntimas con otros organismos, que les
son imprescindibles para su supervivencia. Una de estas asociaciones
mutualistas es la transferencia de hidrógeno entre especies. Se produce entre
grupos de bacterias anaerobias que consumen ácidos orgánicos tales como
ácido butírico o ácido propiónico y producen hidrógeno, y las arqueas
metanógenas que consumen dicho hidrógeno. Las bacterias en esta asociación
no pueden consumir los ácidos orgánicos cuando el hidrógeno se acumula a su
alrededor. Solamente la asociación íntima con las arqueas mantiene una
concentración de hidrógeno lo bastante baja para permitir que las bacterias
crezcan.
En el suelo, los microorganismos que habitan la rizosfera (la zona que incluye la
superficie de la raíz y la tierra que se adhiere a ella) realizan la fijación de
nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno atmosférico (en estado gaseoso) en
compuestos nitrogenados. Esto proporciona a muchas plantas, que no pueden
fijar el nitrógeno por sí mismas, una forma fácilmente absorbible de nitrógeno
(89).
55
Muchas otras bacterias se encuentran como simbiontes en seres humanos y en
otros organismos. Por ejemplo, en el tracto digestivo proliferan unas mil
especies bacterianas. Sintetizan vitaminas tales como ácido fólico, vitamina K y
biotina. También fermentan los carbohidratos complejos indigeribles y convierten
las proteínas de la leche en ácido láctico (por ejemplo, Lactobacillus). Además,
la presencia de esta flora intestinal inhibe el crecimiento de bacterias
potencialmente patógenas (generalmente por exclusión competitiva). Muchas
veces estas bacterias beneficiosas se venden como suplementos dietéticos
probióticos (34).
Patógenos
Las bacterias patógenas son una de las principales causas de las enfermedades
y de la mortalidad humana, causando infecciones tales como el tétanos, la fiebre
tifoidea, la difteria, la sífilis, el cólera, intoxicaciones alimentarias, la lepra y la
tuberculosis. Hay casos en los que la etiología o causa de una enfermedad
conocida se descubre solamente después de muchos años, como fue el caso de
la úlcera péptica y Helicobacter pylori. Las enfermedades bacterianas son
también importantes en la agricultura y en la ganadería, donde existen multitud
de enfermedades como por ejemplo la mancha de la hoja, la plaga de fuego, la
56
paratuberculosis, el añublo bacterial de la panicula, la mastitis, la salmonela y el
carbunco.
Cada especie de patógeno tiene un espectro característico de interacciones con
sus huéspedes humanos. Algunos organismos, tales como Staphylococcus o
Streptococcus, pueden causar infecciones de la piel, pulmonía, meningitis e
incluso sepsis, una respuesta inflamatoria sistémica que produce shock,
vasodilatación masiva y muerte.[121] Sin embargo, estos organismos son también
parte de la flora humana normal y se encuentran generalmente en la piel o en la
nariz sin causar ninguna enfermedad (81).
Otros organismos causan invariablemente enfermedades en los seres humanos.
Por ejemplo, el género Rickettsia, que son parásitos intracelulares obligados
capaces de crecer y reproducirse solamente dentro de las células de otros
organismos. Una especie de Rickettsia causa el tifus, mientras que otra
ocasiona la fiebre de las Montañas Rocosas. Chlamydiae, otro filo de parásitos
obligados intracelulares, contiene especies que causan neumonía, infecciones
urinarias y pueden estar implicadas en enfermedades cardíacas coronarias.
57
Finalmente, ciertas especies tales como Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia
cenocepacia y Mycobacterium avium son patógenos oportunistas y causan
enfermedades principalmente en las personas que sufren inmunosupresión o
fibrosis quística (25).
Las infecciones bacterianas se pueden tratar con antibióticos, que se clasifican
como bactericidas, si matan bacterias, o como bacterioestáticos, si solo detienen
el crecimiento bacteriano. Existen muchos tipos de antibióticos y cada tipo inhibe
un proceso que difiere en el patógeno con respecto al huésped. Ejemplos de
antibióticos de toxicidad selectiva son el cloranfenicol y la puromicina, que
inhiben el ribosoma bacteriano, pero no el ribosoma eucariota que es
estructuralmente diferente. Los antibióticos se utilizan para tratar enfermedades
humanas y en la ganadería intensiva para promover el crecimiento animal. Esto
último puede contribuir al rápido desarrollo de la resistencia antibiótica de las
poblaciones bacterianas. Las infecciones se pueden prevenir con medidas
antisépticas tales como la esterilización de la piel antes de las inyecciones y con
el cuidado apropiado de los catéteres. Los instrumentos quirúrgicos y dentales
también son esterilizados para prevenir la contaminación e infección por
bacterias. Los desinfectantes tales como la lejía se utilizan para matar bacterias
58
u otros patógenos que se depositan sobre las superficies y así prevenir la
contaminación y reducir el riesgo de infección (80).
Clasificación e identificación
La clasificación taxonómica busca describir y diferenciar la amplia diversidad de
especies bacterianas poniendo nombres y agrupando organismos según sus
similitudes. Las bacterias pueden clasificarse con base en diferentes criterios,
como estructura celular, metabolismo o con base en diferencias en
determinados componentes como ADN, ácidos grasos, pigmentos, antígenos o
quinonas. Sin embargo, aunque estos criterios permitían la identificación y
clasificación de cepas bacterianas, aún no quedaba claro si estas diferencias
representaban variaciones entre especies diferentes o entre distintas cepas de
la misma especie. Esta incertidumbre se debía a la ausencia de estructuras
distintivas en la mayoría de las bacterias y a la existencia de la transferencia
horizontal de genes entre especies diferentes, la cual da lugar a que bacterias
muy relacionadas puedan llegar a presentar morfologías y metabolismos muy
diferentes. Por ello, y con el fin de superar esta incertidumbre, la clasificación
bacteriana actual se centra en el uso de técnicas moleculares modernas
(filogenia molecular), tales como la determinación del contenido de
59
guanina/citosina, la hibridación genoma-genoma o la secuenciación de ADN
ribosómico, el cual no se ve involucrado en la transferencia horizontal (94).
El Comité Internacional de Sistemática de Procariotas (ICSP) es el organismo
encargado de la nomenclatura, taxonomía y las normas según las cuales son
designados los procariotas. El ICSP es responsable de la publicación del Código
Internacional de Nomenclatura de Bacterias (lista de nombres aprobados de
especies y taxones bacterianos). También publica la Revista Internacional de
Bacteriología Sistemática (International Journal of Systematic Bacteriology). En
contraste con la nomenclatura procariótica, no hay una clasificación oficial de los
procariotas porque la taxonomía sigue siendo una cuestión de criterio científico.
La clasificación más aceptada es la elaborada por la oficina editorial del Manual
Bergey de Bacteriología Sistemática (Bergey's Manual of Systematic
Bacteriology) como paso preliminar para organizar el contenido de la
publicación. Esta clasificación, conocida como "The Taxonomic Outline of
Bacteria and Archaea" (TOBA), está disponible en Internet. Debido a la reciente
introducción de la filogenia molecular y del análisis de las secuencias de
genomas, la clasificación bacteriana actual es un campo en continuo cambio y
plena expansión (23).
60
La identificación de bacterias en el laboratorio es particularmente relevante en
medicina, donde la determinación de la especie causante de una infección es
crucial a la hora de aplicar un correcto tratamiento. Por ello, la necesidad de
identificar a los patógenos humanos ha dado lugar a un potente desarrollo de
técnicas para la identificación de bacterias.
La técnica de tinción de membranas de bacterias de Gram, desarrollada por
Hans Christian Gram en 1884, ha supuesto un antes y un después en el campo
de la medicina, y consiste en teñir con tintes específicos diversas muestras de
bacterias en un portaobjetos para saber si se han teñido o no con dicho tinte
(17)
Una vez se han adicionado los tintes específicos en las muestras, y se ha
lavado la muestra pasados unos minutos para evitar confusiones, hay que
limpiarlas con unas gotas de alcohol etílico. La función del alcohol es la de
eliminar el tinte de las bacterias, y es aquí donde se reconocen las bacterias que
se han tomado: si la bacteria conserva el tinte, es una Gram positiva, las cuales
poseen una pared más gruesa constituida por varias decenas de capas de
61
diversos componentes proteicos; en el caso de que el tinte no se mantenga, la
bacteria es una Gram negativa, la cual posee una pared de una composición
diferente. La función biológica que posee ésta técnica es la de fabricar
antibióticos específicos para esas bacterias.
Esta tinción es empleada en microbiología para la visualización de bacterias en
muestras clínicas. También se emplea como primer paso en la distinción de
diferentes especies de bacterias,[139] considerándose bacterias Gram positivas a
aquellas que se tornan de color violeta y Gram negativas a las que se tornan de
color rojo (78).
2.2. Principales bacterias causantes de infecciones en camarón.
La acuicultura es el sector de producción de alimento de más rápido crecimiento
en el ámbito mundial y se establecido como una fuente de proteína para
satisfacer la demanda de alimentos mundial debido a que los recurso naturales
están sobrexplotados. Pero, en la actualidad, el mayor problema que enfrenta la
industria de la Acuicultura en el ámbito mundial, son las enfermedades
62
causadas por varios agentes biológicos y no biológicos. Entre los grupos de
microorganismos que causan perdidas serias en el cultivo de camarón, los
mejores conocidos son las bacterias debido a los efectos devastadores que
tienen sobre las granjas afectadas. Las enfermedades bacterianas, debido
principalmente a Vibrio, que han sido reportadas en los sistemas de cultivo de
penaideos implican a al menos 14 especies, las cuales son: Vibrio harveyi, V.
splendidus, V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, V. anguillarum, V.
vulnificus, V. campbelli, V. fischeri, V. damsella, V. pelagicus, V. orientalis, V.
ordalii, V. mediterrani, V. logei etc.
La vibriosis es una de la enfermedades más problemáticas en la Acuicultura de
camarones y peces. La vibriosis es una enfermedad bacterial responsable de la
mortalidad del camarón de cultivo en todo el mundo (55 , 52, 50 y 13).
Las especies Vibrio están ampliamente distribuidas en las instalaciones de
cultivo de todo el mundo. Las infecciones relacionadas con el Vibrio
frecuentemente se dan en los laboratorios, pero las epizootias también se dan
en las camaroneras. La vibriosis es causada por una bacteria gran-negativa de
la familia Vibrionaceae. Los brotes pueden ocurrir cuando los factores
63
ambientales disparan la rápida multiplicación de las bacterias que son toleradas
a bajos niveles dentro de la sangre del camarón (87), o por la penetración de
bacteria a las barreras del huésped. El exoesqueleto provee una barrera física
efectiva para los patógenos que tratan de penetrar la superficie externa de los
crustáceos, así como en los intestinos anterior y posterior. Sin embargo, Vibrio
spp. están entre las bacterias quitinoclasticas asociadas con la enfermedad de
la concha (14) y puede ingresar a través de las heridas en el exoesqueleto o
poros (44 y 1). Las branquias parecen ser susceptibles a la penetración
bacterial debido a que están cubiertas por exoesqueleto delgado (93), El
intestino medio, compuesto por la glándula digestiva (DG) y el tronco medio
(MGT, frecuentemente referido como el intestino, ( 58), no está revestido por un
exoesqueleto y por consiguiente parece ser el sitio probable de penetración de
patógenos presentes en el agua, alimentos y sedimentos (77 y 42).
Vibrio harveyi, una bacteria Gram negativa, es una de los importantes agentes
etiológicos de las mortalidades masivas de los sistemas de crianza de larvas de
Penaeus monodon. Un gran número de laboratorios a lo largo de la línea
costera de nuestro país involucrada en la producción de semilla de camarón
frecuentemente tienen problemas debido a la enfermedad bacteriana
luminiscente y sufren enormes pérdidas económicas.
64
Entre los Vibrio harveyi aislados, algunos son virulentos y otros no, sugiriendo
una gran variación molecular y genética en este grupo de bacterias. Los
mecanismos patogénicos han sido recientemente atribuidos a los bacteriófagos.
La vibriosis está presente en todo el mundo y en todos los crustáceos marinos,
incluido los camarones que son los más susceptibles. Las epizootias ocurren
todos los estadíos de vida, pero son más comunes en los laboratorios. Las
mayores epizootias de vibriosis han sido reportadas para P. monodon en la
región Indo-Pacifico, P. japonicus de Japón, y P. vannamei de Ecuador, Perú,
Colombia y América Central (53).
La vibriosis se expresa de diferentes formas de síndromes. Estos incluyen:
vibriosis oral y entérica, vibriosis de los apéndices y cuticular, vibriosis
localizadas en las heridas, enfermedad de la concha, vibriosis sistémica y
hepatopancreatitis séptica (53).
La vibriosis es causada por varias especies de Vibrio, entre las que se incluyen:
V. harveyi, V. vulnificus, V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, V. penaeicida (9 y
40). Existen reportes de vibriosis causados por V. damsela, V. fluvialis y otras
especies de Vibrio no definidas (53).
65
Las especies de Vibrio son parte de la microflora natural en los camarones
silvestres y de cultivo (86) y se convierten en patógenos oportunistas cuando los
mecanismos de defensa natural están suprimidos (9). Ellos están usualmente
asociados con múltiples agentes etiológicos. Sin embargo, algunas especies de
Vibrio, o cepas de ciertas especies, han sido identificadas como patógenos
primarios (69, 50 y 16). Las cepas patogénicas de V. harveyi, V. vulnificus y V.
parahaemolyticus han causado epidemias masivas en Tailandia (65) y Filipinas
(50). V. harveyi luminiscente parece liberar exotoxinas (56) y puede causar del
80 – 100% de mortalidad en los hatcheries de P. monodon (37). V. anguillarum,
V. campbelli, V. nereis, V. cholerae y V. splendidus han sido asociados con
brotes de enfermedades en camarones (13, 50, 22 y 79). La relación entre la
luminicencia y la toxicidad de Vibrio carchariae es camarones fue investigado
por Tatsuya Nakayama en el 2005 (92).
Se presentan cinco tipos de enfermedades: necrosis de la cola, enfermedad de
la concha, enfermedad roja, síndrome de la concha suelta (LSS) y enfermedad
de intestino blanco (WGD) por la presencia de Vibrio spp. en P. monodon de los
estanques de cultivo en la costa de Andhra Pradesh (India). Entre estos, LSS,
WGD y la enfermedad roja causan mortalidades masivas en los estanques de
66
cultivo de camarón. Seis especies de Vibrio (V. harveyi, V. parahaemolyticus, V.
alginolyticus, V. anguillarum, V. vulnificus y V. splendidus) están asociadas con
las enfermedades del camarón (41). La distribución y composición de especies
de bacterias luminosas en los hatcheries comerciales de camarones penaideos
fueron estudiadas (43). La observación sobre la presencia de V. harveyi
(97.30%) y V. orientalis (2.70%) en el contenido de los intestinos de los
camarones evidencian que la fuente primaria de estas bacterias en un
laboratorio de camarón fue la materia fecal del stock de reproductores,
posiblemente durante el desove.
Signos Clínicos
Las mortalidades debido a la vibriosis se presentan cuando los camarones están
estresados por factores como: Pobre calidad del agua, elevadas densidades,
alta temperatura del agua, baja concentración del oxigeno disuelto y una baja
tasa de recambio de agua (51, 55 y 9). Las mayores mortalidades usualmente
se presentan en las postlarvas y camarones jóvenes. Las larvas de P. monodon
sufren de mortalidades dentro de las 48 horas de una inmersión de desafío con
cepa de V. harveyi y V. splendidus (50). Las mortalidades relacionadas con la
vibriosis han sido reportados en P. monodon de talla comercial (2). Los
67
camarones adultos que sufren de vibriosis pueden parecer hipóxico, mostrando
un enrojecimiento del cuerpo con branquias rojas o marrones, reduce la
alimentación y puede ser observado nadando letárgicamente en el borde y la
superficie de los estanques (2 y 65). Vibrio spp. causa la enfermedad de los
apéndices rojos, caracterizada por una coloración roja de los pleopodos,
periopodos y branquias, en camarones juveniles y adultos, y pueden causar una
mortalidad de hasta 95% durante la estación cálida (13). La enfermedad de la
necrosis ocular es causada por V. cholerae. Los globos oculares de los
camarones infectados se vuelven marrón y se caen, la mortalidad se presenta
en pocos días (13).
Seis especies de Vibrio, incluido V. harveyi y V. splendidus causan
luminiscencia, el cual es visible durante la noche, en las postlarvas, juveniles y
adultos infectados (77 y 52). Las postlarvas infectadas pueden exhibir una
mortalidad reducida, reducido fototaxismo e intestinos vacios (13).
Patología gruesa
Los camarones que sufren de vibriosis pueden presentar lesiones localizadas de
la cutícula que son típicas de la enfermedad bacterial de la caparazón, las
68
infecciones localizadas en las heridas, perdidas de miembros, musculatura
blanda, infección localizada en el intestino o hepatopáncreas y/o septicemia
general (52). Las lesiones de la enfermedad bacterial del caparazón son
marrones o negras y aparecen en la cutícula del cuerpo, apéndices y branquias
(86).
Las postlarvas pueden presentar un hepatopáncreas turbio (91). Las branquias
frecuentemente tienen un color marrón (2). La septicemia hepatopancreatitis
está caracterizada por la atrofia del hepatopáncreas con necrosis multifocal e
inflamación haemocitica.
El contenido de altas cantidades de V. parahaemolyticus o V. harveyi induce a la
unión y separación de las células epiteliales de la lámina basal del MGT. Las
células epiteliales separadas no se presentan cuando hay bacterías no
patogénica (probióticos) (13 y 31).
Patógenos como el Vibrio spp., que causan la separación del epitelio en el MGT,
pueden generar una alta mortalidad en camarones, mediante la eliminación de
dos capas que protegen al camarón de las infecciones: el epitelio y la membrana
peritrofica que secreta. En adición, la pérdida del epitelio puede afectar la
69
regulación de agua y asimilación de iones en el cuerpo (63 y 66).
Histopatología
La vibriosis sistémica típicamente resulta en la formación de nódulos sépticos
haemociticos en el órgano linfoideo, corazón y tejidos conectivos de las
branquias, hepatopáncreas, glándula de la antena, nervios, telson y musculo (2,
64 y 44). Los hepatopancreas infectados pueden aparecer con pocas vacuolas,
indicando bajas reservas de lípidos y glicógeno (2). La vibriosis en P. monodon
está asociado con la formación de ―esferoides‖ en el órgano linfoide (65).
Diagnóstico
El diagnóstico de la infección de vibrio se basa en los signos clínicos y la
demostración histológica de la bacteria Vibrio en forma de varilla en las lesiones,
nódulos o hemolinfa. Los órganos internos y hemolinfa pueden ser estrujados en
un medio de agar marino general o selectivo para Vibrio (TCBS). Cuando se
investiga en postlarvas, todo el animal puede ser aplastado y rayado en una
70
placa de agar. Las colonias luminiscentes pueden ser observadas después de
12 a 18 horas si se incuban a una temperatura de 25 a 30 oC.
El vibrio aislado puede ser identificado por varios métodos, se incluyen la tinción
Gram, motilidad, una prueba de oxidasa, modo de utilización de la glucosa,
crecimiento en la presencia de NaCl, reducción del nitrato y luminiscencia. Las
especies vibrio pueden ser identificadas rápidamente en el campo usando el
sistema API-20 NF el cual incluye el cultivo de colonias vibrio en un API-NFT y
cuentan las colonias de acuerdo a las direcciones del kit (53). Las pruebas de
sensibilidad antimicrobiana pueden ser usadas para identificar la vibriosis y
pueden implementarse usando el método del disco Kirby-Bauer (DIFCO, 1986) o
el método de Concentración Inhibitoria Mínima (MIC) (53).
Transmisión
Las especies vibrio existen en el agua usada en las instalaciones de cultivo de
camarón (50) y el biofilm, el cual se forma en diferentes estructuras que están
en contacto con el agua de laboratorio y camaroneras. La bacteria ingresa al
camarón vía las heridas o grietas en la cutícula y son ingeridas con el alimento
71
(71 y 50). La principal fuente de V. harveyi en laboratorios parece ser el
contenido del intestino medio de las hembras en el grupo de reproductores, las
cuales están mudando durante el desove (50).
2.3. Mecanismos de defensa en microorganismos a los ácidos.
Las bacterias experimentan diferentes tipos de ―estrés‖ en su vida diaria, a los
cuales deben adaptarse. Por ejemplo, una bacteria entérica tendrá que
sobrevivir al pH extremadamente bajo del estómago y a la acción antibacteriana
de los ácidos grasos de cadena corta presentes en el intestino. Un patógeno
intracelular, como Salmonella, tendrá además que tolerar episodios de bajo pH
cuando se encuentre en el interior del fago-lisosoma del macrófago.
El fenómeno de tolerancia inducida a estrés acídico fue descubierto inicialmente
en Escherichia y Salmonella, pero se ha generalizado después a muchas otras
bacterias Gram (-) y Gram (+). El hecho fundamental de este mecanismo de
adaptación estriba en que el crecimiento a un pH moderadamente acídico
induce la síntesis de proteínas específicas, las cuales protegen a las células a
pH extremadamente ácidos. Existen diferentes sistemas implicados,
dependiendo de la fase de crecimiento, medio de cultivo y tipo de estrés acídico
72
(88). Tal como podía esperarse, la respuesta a los ácidos inorgánicos (efecto de
pH) es distinta e independiente de la desencadenada por ácidos orgánicos
(efecto de la forma no disociada).
Nuestro conocimiento de los mecanismos de adaptación a estrés acídico es aún
muy incompleto, aunque ha habido un considerable progreso en los últimos
años en las enterobacteriáceas. La disminución del pH extracelular acaba
provocando una disminución del pH intracelular. Esto es debido a la difusión
pasiva de los protones, a pesar de que la membrana plasmática de la célula es
bastante impermeable a estas moléculas. La caída del pH intracelular activa la
expresión de genes que codifican descarboxilasas de aminoácidos y estas
enzimas pueden elevar el pH interno, porque catalizan reacciones en las que se
consumen protones. Se han descrito 3 reacciones de descarboxilación
asociadas a este fenómeno: el paso de glutamato a GABA, el de arginina a
agmatina y el de lisina a cadaverina. En todos los casos se consume un protón
por cada molécula de aminoácido. Los nuevos productos así formados se
intercambian por un nuevo sustrato mediante mecanismos de tipo anti-porte.
Naturalmente, este mecanismo resulta caro para la célula desde el punto de
vista energético.
73
Figura 11.-Reacciones de decarboxilación de aminoácidos asociadas al
estrés acídico (P. Rodríguez Valenzuela)
Además, la disminución del pH interno produce la acumulación de dos
importantes proteínas reguladoras: RpoS y PhoP. Estos reguladores controlan
distintos conjuntos de genes que están implicados en la protección y reparación
de macromoléculas. Asimismo, en Salmonella typhimurium se ha descrito un
mecanismo fisiológico de adaptación a la acción antimicrobiana de ácidos
grasos de cadena corta y esta resistencia inducida se ve reforzada en
condiciones de anaerobiosis, pH ácido y exposición prolongada a dichos ácidos
(49).
74
2.4. Método para determinar la eficiencia de un antimicrobiano:
Concentración mínima inhibitoria.
La Concentración mínima inhibitoria (MIC), en microbiología, es la
concentración más baja de un antimicrobiano que inhibe el crecimiento visible
de un microorganismo después de su incubación. La concentración mínima
inhibitoria es importante en diagnósticos de laboratorio para confirmar la
resistencia de microorganismos a un agente antimicrobiano y además para
monitorizar la actividad de los nuevos agentes antimicrobianos.
Las concentraciones mínimas inhibitorias pueden ser determinadas mediante
métodos de microdilución en caldo, normalmente siguiendo las directrices de
centros de referencia tales como el CLSI (Clinical Laboratory Institute
Standards), BSAC (British Society for Antimicrobial Chemotherapy) o EUCAST
(European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing). Existen otros
métodos basados en la difusión en agar, tales como difusión de discos, y tiras
de Etest. Las tiras de Etest son un método cuantitativo de difusión en agar
comercializado por AB Biodisk, Solna, Sweden. Consiste en unas tiras de
plástico inerte que incorporan un gradiente de concentración de antimicrobiano.
75
Cuando se depositan sobre las placas de agar inoculadas, el antimicrobiano
difunde en el medio, y tras la incubación, se determina la CMI en el punto de
intersección de la elipse de inhibición del crecimiento.
En medicina, la concentración mínima inhibitoria no sólo se usa para determinar
la concentración de antimicrobiano que recibirá el paciente sino también el tipo
de antimicrobianos a utilizar, lo que a su vez reduce la oportunidad de
resistencia microbiana a agentes antimicrobianos específicos.
76
CAPÍTULO III.- Materiales y Métodos.
En base a los resultados alentadores de las diferentes pruebas llevadas a cabo
con el uso de ácidos orgánicos en diferentes especies animales, se decidió
realizar el estudio en la camaronera del Sr Luis Encalada, ubicada en la zona de
Cien Familias, Balao Chico, Guayas; buscando mejorar los resultados obtenidos
con diferentes protocolos de manejo anteriores.
El manejo técnico estaba a cargo del Ing. Marco Noblecilla, siguiendo un
protocolo ya establecido por la gerencia, el cual consistía principalmente del uso
de antibióticos cuando se presentaban los síntomas de enfermedades.
El objetivo era comparar los resultados tanto en verano como en invierno con el
uso de ácidos orgánicos y el protocolo anterior, para ello se escogieron 6
piscinas al azar para cada estación: 3 de prueba y 3 de control (Tabla 4);
77
procurando que no haya mucha diferencia con las áreas, fechas y densidades
de siembra para verano (Tabla V) e invierno (Tabla VI).
Tabla IV: Diseño experimental del ensayo
Fuente: Investigación realizada
|
CONTROL
PRUEBA
Pisc. 7B
Pisc. 5B
Protocolo
Ácido
Normal
orgánico
Pisc. 10 B
Pisc. 9B
Protocolo
Ácido
Normal
orgánico
Pisc. 8B
Pisc. 6B
Protocolo
Ácido
Normal
orgánico
78
Tabla V: Áreas de las piscinas seleccionadas y sus tratamientos en verano.
Fuente: Investigación realizada
PISCINAS AREA (Ha.)
FECHA DE SIEMBRA
DENSIDAD DE SIEMBRA (Pl/Ha.)
DÍAS DE CULTIVO
PESO INICIAL (g)
PESO FINAL (g)
7B 11,7 2011-08-
09 100.000 106 Pl 12 13,20
CONTROL 10B 10,5 2011-08-
11 100.000 107 Pl 12 12,50
8B 9,2 2011-08-
30 100.000 110 Pl 12 16,00
PROMEDIOS 10,47 100000,00 108 13,90
5B 13,4 2011-08-
25 100.000 111 Pl 12 17,00
TRATAMIENTO 9B 8,95 2011-09-
08 100.000 106 Pl 12 12,10
6B 8,77 2011-09-
08 100.000 110 Pl 12 13,30
PROMEDIOS 10,37 100000,00 109 14,13
79
Tabla VI: Áreas de las piscinas seleccionadas y sus tratamientos en invierno
PISCINAS
AREA (Ha.)
FECHA DE SIEMBRA
DENSIDAD DE SIEMBRA (Pl/Ha.)
DÍAS DE CULTIVO
PESO INICIAL (g)
PESO FINAL (g)
7B 11,7 2012-01-
17 100.000 109 Pl 12 14,30
CONTROL 10B 10,5 2012-01-
15 100.000 104 Pl 12 11,50
8B 9,2 2012-01-
22 100.000 102 Pl 12 14,00
PROMEDIOS 10,47 100000,00 105 13,27
5B 13,4 2012-01-
25 100.000 101 Pl 12 11,80
TRATAMIENTO 9B 8,95 2012-01-
28 100.000 110 Pl 12 15,00
6B 8,77 2012-01-
15 100.000 108 Pl 12 17,00
PROMEDIOS 10,37 100000,00 106 14,60
Fuente: Investigación realizada
El ácido orgánico se iba aplicar en campo directamente al alimento balanceado,
no al agua por ser muy costoso.
La composición del ácido orgánico en estudio es: acido cítrico (33.3%), ácido
fumárico (33.3%) y ácido láctico (33.3%). Fuente (NEPROPAC S.A)
80
3.1. Descripción de la concentración mínima inhibitoria in vitro (MIC).
Para determinar la cantidad de ácido orgánico a aplicar en el alimento, se realizó
el MIC en laboratorio, utilizando las cepas de bacterias que más afectan al
camarón y ocasionan mortalidades.
A continuación detallamos los pasos para realizar dicha prueba (Fuente: CSA)
Recuperación de Cepas bacterianas
Se descongelan las bacterias que están guardadas en un congelador a -80 °C.
Se raya en placas de TSA, en el caso de que las bacterias se encuentren en
stock o se realiza purificación de las colonias bacterianas a partir de cultivos
realizados con anterioridad.
Preparación de soluciones stock de antibióticos
Los antibióticos usados en su mayoría son los que se encuentran disponibles en
el mercado, en este caso se uso el ácido orgánico en estudio. Las
concentraciones usadas para los antibióticos están dentro de los rangos que se
usan comúnmente en rutinas de prevención y control, pero también se utilizan
concentraciones requeridas. Para realizar los cálculos usamos la siguiente
81
fórmula:
C1V1= C2V2
Por lo general iniciamos con una concentración de 10,000 ppm a partir de la
cual obtenemos las diversas concentraciones .
Siembra en microplacas
a.-Preparación de suspensión bacteriana.
Utilizamos un sustituto del standar de McFarland en el podemos utilizar 6ul de
leche de magnesia en 5 ml de agua destilada para obtener la concentración
bacteriana requerida, la cual se obtiene tomando colonias aisladas y
repicandolos en 5 ml de solución salina, esta solución la comparamos siempre
con la turbidez obtenida en el McFarland
b.- Depósito de bacterias y ácido
Colocamos en los pozos 200ul de control (ácido sin bacteria) y en los siguientes,
se colocan las diluciones del ácido a las diversas concentraciones 200ul/pozo,
más 20ul del inoculo.
82
Se deja incubar a 24 °C, y se hacen lecturas de turbidez a partir de las 18 horas
de crecimiento aproximadamente.
Determinación de Bactericida o bacteriostático
Después de la lectura realizamos un rayado en placas de TSA de las diversas
concentraciones donde no se obtuvo turbidez para determinar si el antibiótico
funciona como bactericida o bacteriostático
3.2. Implementación del protocolo de trabajo.
Dosis
Preliminarmente el 29 de julio del 2011, se envió muestra del ácido orgánico al
CSA, para realizar el MIC frente a 4 cepas patógenas: Vibrio parahaemolyticus,
Vibrio vulnificus, Vibrio harveyi y Pseudomona auriginosa. Se utilizaron varias
concentraciones del ácido: 12000, 13000, 14000, 15000, 16000, 17000, 18000,
83
19000, 20000 y 21000 ppm; en ninguna de ellas hubo crecimiento bacteriano.
(Anexo 1)
A causa de que con estos resultados no se encontró la concentración mínima
inhibitoria, posteriormente se realizó otro análisis el 5 de agosto del 2011,
utilizando concentraciones más bajas, frente a las dos cepas más patógenas:
Vibrio parahaemolyticus y Pseudomona auriginosa. Se usaron: 200, 500, 1000,
1500, 1800, 2000, 2500, 3000, 3500 y 4000 ppm. Como vemos a 200 y 500 ppm
hubo presencia de Pseudomona auriginosa; pero a partir 1000 ppm no hubo
crecimiento bacteriano. (Anexo 2).
Con este estudio la Concentración Mínima Inhibitoria, es de 1000 ppm, esto
equivale a 1 g de ácido/ Kg de alimento. Cabe recalcar que estos resultados son
in vitro y que en la práctica siempre hay pérdidas por lixiviación, manipuleo,
transporte, etc.; por eso la dosis utilizada en este estudio fue de 10 veces más
de lo que indicó el análisis, o sea 10 g de ácido/ kg de alimento durante todo el
ciclo de cultivo.
84
Correcta aplicación
La aplicación correcta tiene que ver con la mezcla homogénea del alimento, con
el fin que en todos los pellets se adhiera el ácido y de esa manera toda la
población de camarones reciba la medicación adecuada. Así mismo una vez
adherido el producto en el alimento para que no se pierda rápidamente al hacer
contacto con el agua, se utilizó un pegante comercial a base de alginatos a una
dosis de 1.5 g/kg de alimento. La mezcla del alimento con el ácido se realizó en
la camaronera de la siguiente manera: (Anexos 3-4-5 y 6)
1. Colocar la cantidad de alimento a aplicar en tinas rectangulares
2. Pesar la cantidad de ácido necesario para dosificar 10 g/kg de alimento
3. Disolver el ácido en agua, a razón de 3 lt/saco de alimento de 40 Kg.
4. Verter la solución ácido-agua homogéneamente sobre el alimento.
5. Mezclar rigurosamente el alimento.
6. Pesar la cantidad de pegante necesario para dosificar 1.5 g/kg de
alimento
7. Disolver el pegante en agua, a razón de 2 lt/saco de alimento de 40 Kg
85
8. Verter la solución pegante-agua homogéneamente sobre el alimento.
9. Mezclar rigurosamente el alimento.
10. Colocar el alimento en sacos.
11. Transporte a las piscinas destino.
En camaroneras más tecnificadas se utilizan máquinas mezcladoras de
alimento, con la cual se suprime el paso 5 y 9, y se obtiene una mezcla más
homogénea. (Anexos 8-9 y 10)
Actualmente muchas plantas procesadoras de alimento balanceado venden
alimentos funcionales, en los cuales vienen incluidos ácidos orgánicos,
probióticos, nucleótidos, etc.; la cual sería una opción a futuro a tomar en cuenta
más que todo porque se ahorra mano de obra.
A parte de la mezcla homogénea del ácido en alimento, un factor importante es
la dosificación del alimento balanceado, porque un mal cálculo puede
comprometer la producción. En esta camaronera para estimar la cantidad de
alimento a suministrar se usaban 2 variables:
Una es la utilización de comederos testigos a razón de 4 com/Ha. y chequeando
86
su consumo a las 3 horas de haber aplicado las raciones indicadas en ellos.
(Anexo 11).
Otra es guiándose con una tabla de alimentación ajustada para la camaronera
de acuerdo a su experiencia. (Anexo 12)
Utilizando estas 2 herramientas es como se ajustó la cantidad de alimento a
sumistrar en las piscinas diariamente.
87
CAPÍTULO IV.- RESULTADOS
Resultados
Calidad de agua
Los parámetros físico-químicos de las piscinas se mantuvieron en valores
normales dentro del ciclo de cultivo tanto en verano (Tabla VII), como en
invierno (Tabla VIII)
88
Tabla VII: Principales parámetros Físico-Químicos registrados en verano.
CONTROL
PARAMETRO Prom. Max Min
OD (mg/lt) 4,25 7,10 3,01
Temp.(°C) 26,2 27,1 26,0
Turbidez (cm) 40 50 30
Salinidad (ppt) 22 28 18
TRATAMIENTO
PARAMETRO Prom. Max Min
OD (mg/lt) 4,18 7,20 3,03
Temp.(°C) 26,3 27,0 26,0
Turbidez (cm) 35 45 30
Salinidad (ppt) 22 28 18
Fuente: Investigación realizada
89
Tabla VIII: Principales parámetros Físico-Químicos registrados en invierno.
CONTROL
PARAMETRO Prom. Max Min
OD (mg/lt) 4,25 8,60 7,20
Temp.(°C) 28,1 29,2 27,3
Turbidez (cm) 30 35 25
Salinidad (ppt) 12 15 10
TRATAMIENTO
PARAMETRO Prom. Max Min
OD (mg/lt) 4,29 8,50 7,40
Temp.(°C) 28,2 29,1 27,2
Turbidez (cm) 35 40 25
Salinidad (ppt) 12 15 10
Fuente: Investigación realizada
Datos de Producción
Los resultados tanto para el control como para el tratamiento se evaluaron por
estaciones y son los siguientes:
90
Datos de Verano
Tabla IX: Datos de producción en verano
Ps Peso
cosecha Lbs totales Lbs/Ha % Superv FCA Observación
5B 11,84 21140 1577 60,0 1,20 10 g/Kg Acido
9B 15,00 19550 2100 63,5 1,25 10 g/Kg Acido
6B 17,00 17600 2085 56,0 1,20 10 g/Kg Acido
7B 14,30 13625 1363 41,2 1,40 Protocolo normal
10B 11,46 20000 1709 67,7 1,20 Protocolo normal
8B 14,00 10147 1140 43,0 1,30 Protocolo normal
Fuente: Investigación realizada
Análisis de Rendimiento en verano:
El rendimiento es la cantidad producida por unidad de cultivo, en este caso lo
evaluamos como libras por Ha. El Gráfico 1 nos ilustra las diferencias entre el
control y tratamiento con sus réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla X) si
hay una diferencia significativa (P = 0.05) entre ellos.
91
Tabla X: Análisis de ANOVA para el rendimiento en verano
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Control 3 4040 1347 7908
Tratamiento 3 4951 1650 77166
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 138320,17 1 138320,17 3,25 0,15 7,71
Dentro de los grupos 170149,33 4 42537,33
Total 308469,50 5
Fuente: Investigación realizada
92
Gráfico 1.- Libras por Ha producidas en verano (rojo: tratamiento y azul:
control)
Fuente: Investigación realizada
Análisis de la Supervivencia en verano:
El Gráfico 2 nos ilustra las diferencias entre el control y tratamiento con sus
réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla XI) si hay una diferencia
significativa (P = 0.05) entre ellos.
5B 9B 6B 7B 10B 8B
Lbs/Ha 1968 1530 1453 1425 1250 1365
0
500
1000
1500
2000
2500
Lbs/Ha
5B
9B
6B
7B
10B
8B
93
Tabla XI: Análisis de ANOVA para la supervivencia en verano
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Control 3 151,9 50,63 219,26
Tratamiento 3 179,5 59,83 14,08
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 126,96 1,00 126,96 1,09 0,36 7,71
Dentro de los grupos 466,69 4,00 116,67
Total 593,65 5,00
Fuente: Investigación realizada
Gráfico 2.- % de supervivencia en verano (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
5B 9B 6B 7B 10B 8B
% Superv 53 58 50 49 45,4 32
0
10
20
30
40
50
60
70
% Superv
5B
9B
6B
7B
10B
8B
94
Análisis de la Conversión Alimenticia en verano:
El Gráfico 3 nos ilustra las diferencias entre el control y tratamiento con sus
réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla XII) si hay una diferencia
significativa (P = 0.05) entre ellos.
Tabla XII: Análisis de ANOVA para la conversión alimenticia en verano
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Control 3 4,10 1,37 0,00
Tratamiento 3 3,77 1,26 0,00
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 0,02 1 0,02 4,93 0,09 7,71
Dentro de los grupos 0,01 4 0,00
Total 0,03 5
Fuente: Investigación realizada
95
Gráfico 3.- Factor de conversión alimenticia en verano (rojo: tratamiento y
azul: control)
Fuente: Investigación realizada
Análisis del Peso promedio en verano:
El Gráfico 4 nos ilustra las diferencias entre el control y tratamiento con sus
réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla XIII) si hay una diferencia
significativa (P = 0.05) entre ellos.
5B 9B 6B 7B 10B 8B
FCA 1,25 1,2 1,32 1,3 1,42 1,38
1,05
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
FCA
5B
9B
6B
7B
10B
8B
96
Tabla XIII: Análisis de ANOVA para el peso promedio en verano
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Control 3 39,8 13,27 2,4
Tratamiento 3 43,8 14,60 6,9
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 2,67 1 2,67 0,58 0,49 7,71
Dentro de los grupos 18,49 4 4,62
Total 21,15 5
Fuente: Investigación realizada
Gráfico 4.- Peso de cosecha en verano (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
5B 9B 6B 7B 10B 8B
Peso cosecha 17 12 13 13,17 12,5 19
0
5
10
15
20
Peso cosecha
5B
9B
6B
7B
10B
8B
97
Datos de Invierno
Tabla XIV: Datos de producción en invierno
Ps Peso
cosecha Lbs
totales Lbs/Ha % Superv FCA Observación
5B 17 26370 1968 53 1,25 10 g/Kg acido
9B 12 13700 1530 58 1,2 10 g/Kg acido
6B 13 12585 1453 50 1,32 10 g/Kg acido
7B 13,17 16675 1425 49 1,3 Protocolo Normal
10B 12,5 13125 1250 45,4 1,42 Protocolo Normal
8B 19 12565 1365 32 1,38 Protocolo Normal
Fuente: Investigación realizada
Análisis de Rendimiento en invierno:
El Gráfico 5 nos ilustra las diferencias entre el control y tratamiento con sus
réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla XV) si hay una diferencia
significativa (P = 0.05) entre ellos.
98
Tabla XV: Análisis de ANOVA para el rendimiento en invierno
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Columna 1 3 4212 1404 82201
Columna 2 3 5762 1920,67 88636,33
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 400416,7 1 400416,67 4,69 0,10 7,71
Dentro de los grupos 341674,7 4 85418,67
Total 742091,3 5
Fuente: Investigación realizada
Gráfico 5.-Libras por Ha producidas en invierno (rojo: tratamiento y azul: control
Fuente: Investigación realizada
5B 9B 6B 7B 10B 8B
Lbs/Ha 1577 2100 2085 1363 1709 1140
0
500
1000
1500
2000
2500
Lbs/Ha
5B
9B
6B
7B
10B
8B
99
Análisis de la supervivencia en invierno:
El Gráfico 6 nos ilustra las diferencias entre el control y tratamiento con sus
réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla XVI) si hay una diferencia
significativa (P = 0.05) entre ellos.
Tabla XVI: Análisis de ANOVA para la supervivencia en invierno
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Columna 1 3 151,90 50,63 219,26
Columna 2 3 179,50 59,83 14,08
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 126,96 1 126,96 1,09 0,36 7,71
Dentro de los grupos 466,69 4 116,67
Total 593,65 5
Fuente: Investigación realizada
100
Gráfico 6.- % de supervivencia en invierno (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
Análisis de la Conversión alimenticia en invierno:
El Gráfico 7 nos ilustra las diferencias entre el control y tratamiento con sus
réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla XVII) si hay una diferencia
significativa (P = 0.05) entre ellos.
5B 9B 6B 7B 10B 8B
% Superv 60 63,5 56 41,2 67,7 43
0
10
20
30
40
50
60
70
80
% Superv
5B
9B
6B
7B
10B
8B
101
Tabla XVII: Análisis de ANOVA para la conversión alimenticia en invierno
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Columna 1 3 3,90 1,30 0,01
Columna 2 3 3,65 1,22 0,00
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 0,01 1 0,01 1,92 0,24 7,71
Dentro de los grupos 0,02 4 0,01
Total 0,03 5
Fuente: Investigación realizada
102
Gráfico 7.-Factor de conversión alimenticia en invierno (rojo: tratamiento y azul:
control)
Fuente: Investigación realizada
Análisis del Peso promedio en invierno:
El Gráfico 8 nos ilustra las diferencias entre el control y tratamiento con sus
réplicas y según el análisis de ANOVA (Tabla XVIII) si hay una diferencia
significativa (P = 0.05) entre ellos.
5B 9B 6B 7B 10B 8B
FCA 1,2 1,25 1,2 1,4 1,2 1,3
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
FCA
5B
9B
6B
7B
10B
8B
103
Tabla XVIII: Análisis de ANOVA para el Peso promedio en invierno
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Columna 1 3 39,76 13,25 2,43
Columna 2 3 43,84 14,61 6,77
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos 2,77 1 2,77 0,60 0,48 7,71
Dentro de los grupos 18,41 4 4,60
Total 21,18 5
Fuente: Investigación realizada
Gráfico 8.- Peso de cosecha en invierno (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
5B 9B 6B 7B 10B 8B
Peso cosecha 11,84 15 17 14,3 11,46 14
0
5
10
15
20
Peso cosecha
5B
9B
6B
7B
10B
8B
104
PROMEDIO DE RESULTADOS DE INVIERNO Y VERANO
Tabla XIX: Datos promedios de Producción
INVIERNO VERANO
Tratamiento Control Tratamiento Control
Lbs/Ha 1920 1404 1650 1347
% Superv 59,8 50,6 53,7 42,1 Peso
cosecha 14,6 13,3 14,0 14,9
FCA 1,22 1,30 1,26 1,37
Días 106 104 113 112
Fuente: Investigación realizada
Gráfico 9.- Promedio de libras por Ha producidas en las 2 estaciones (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
0
500
1000
1500
2000
2500
Con Acido ProtocoloNormal
Con Acido ProtocoloNormal
INVIERNO VERANO
Lbs/Ha
INVIERNO Con Acido
INVIERNO ProtocoloNormal
VERANO Con Acido
VERANO ProtocoloNormal
105
Gráfico 10.- Promedio de % de Supervivencia en las 2 estaciones (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
Gráfico 11.- Promedio de peso de cosecha para las 2 estaciones (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
0
10
20
30
40
50
60
70
Con Acido ProtocoloNormal
Con Acido ProtocoloNormal
INVIERNO VERANO
% Superv
INVIERNO Con Acido
INVIERNO ProtocoloNormal
VERANO Con Acido
VERANO ProtocoloNormal
12,5
13
13,5
14
14,5
15
15,5
Con Acido ProtocoloNormal
Con Acido ProtocoloNormal
INVIERNO VERANO
Peso cosecha
INVIERNO Con Acido
INVIERNO ProtocoloNormal
VERANO Con Acido
VERANO ProtocoloNormal
106
Gráfico 12.- Promedio de Factor de conversión alimenticia para las dos estaciones (rojo: tratamiento y azul: control)
Fuente: Investigación realizada
Análisis Costo/Beneficio del Estudio
Para la evaluación del Costo-Beneficio del Tratamiento sólo se va a considerar
el costo del alimento balanceado y del tratamiento con ácido orgánico; tanto en
verano como en invierno. (Tabla 20)
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
Con Acido ProtocoloNormal
Con Acido ProtocoloNormal
INVIERNO VERANO
FCA
INVIERNO Con Acido
INVIERNO ProtocoloNormal
VERANO Con Acido
VERANO ProtocoloNormal
107
Tabla XX: Evaluación costo/beneficio usando ácido orgánico.
VERANO INVIERNO
Control Tratamiento Control Tratamiento
PARAMETROS
Producción por Ha (Lbs/Ha) 1347 1650 1404 1920
Peso promedio 14,9 14 13,3 14,6
Precio por libra 2,11 2,11 1,98 2,11
Ingresos totales (US$) 2842 3482 2780 4051
Conversión Alimenticia 1,37 1,26 1,3 1,22
Consumo de Alimento (Kg/Ha) 1845 2079 1825 2342
Costo del Balanceado (US$/Kg) 0,7 0,7 0,7 0,7
Costo del tratamiento (US$/Kg) 0 0,07 0 0,07
Costo Total del Balanceado (US$/Ha) 1292 1455 1278 1640
Costo Total del Tratamiento (US$/Ha) 0 146 0 164
COSTO TOTAL (US$/Ha) 1292 1601 1278 1804
UTILIDAD (US$/Ha) 1550 1881 1502 2248
UTILIDAD ADICIONAL (US$) 330 745
RELACIÓN
UTILIDAD ADICIONAL/COSTO DE TRATAMIENTO 2,27 4,55
Fuente: Investigación realizada
108
CONCLUSIONES
Analizando estadísticamente los resultados podemos concluir que la
administración de ácidos orgánicos en el alimento mejoró significativamente la
producción en la camaronera en los siguientes parámetros:
Incremento significativo del Peso de Cosecha tanto en verano como en invierno.
Mejoría significativa en la Conversión alimenticia para las dos estaciones.
Incremento significativo de la Supervivencia en invierno y en verano.
Como consecuencia hubo un incremento significativo del Rendimiento o sea de
las libras de camarón cosechas para las dos estaciones.
Adicionalmente haciendo el análisis costo/beneficio, la utilidad es de 2.27 y 4.55
veces más que el costo del tratamiento para invierno y verano respectivamente.
En términos generales es una buena alternativa de manejo, la utilización de
ácidos orgánicos en el alimento y lo más importante es que es un producto eco-
amigable que no ocasionará en el futuro efectos colaterales negativos en el
cultivo de camarón.
109
RECOMENDACIONES
Podemos enumerar las siguientes recomendaciones:
Como alternativa de manejo para bajar los costos hay que analizar la utilización
de ácidos orgánicos no en todo el ciclo sino en etapas críticas del camarón,
como por ejemplo: períodos de muda, eventos de enfermedad.
La dosis utilizada si bien es 10 veces más alta que lo que indicó el MIC, por la
pérdidas; está puede ser menor si se mejoran las técnicas de mezcla del
alimento o si se lo hace directamente en las plantas procesadoras de alimento
balanceado.
La utilización de otros tipos de ácidos orgánicos, especialmente de cadena corta
podría dar resultados diferentes.
110
La dosis de ácido orgánico podría cambiar en el espacio y en el tiempo, por la
variabilidad de parámetros físicos, químicos y bacteriológicos. Por eso es
importante realizar análisis de MIC frecuentemente para ajustar el tipo y la
cantidad de ácidos orgánicos a utilizar.
Se recomienda realizar este tipo de estudio en otras fases de cultivo del
camarón tales como: maduración, larvicultura y raceways.
111
ANEXOS
Anexo 1: Concentración mínima inhibitoria realizada en el CSA.
Fuente: Investigación realizada
112
Anexo 2: Concentración mínima inhibitoria realizada en el CSA.
Fuente: Investigación realizada
113
Anexo 3. Vaciado de alimento en tinas rectangulares
Fuente: Investigación realizada
Anexo 4.- Pesaje de la cantidad requerida de ácido y pegante
Fuente: Investigación realizada
114
Anexo 5: Aplicación de la solución ácido-agua sobre el alimento
Fuente: Investigación realizada
Anexo 6: Mezcla de alimento
Fuente: Investigación realizada
115
Anexo 7: Aplicación de producto en máquina mezcladora
Fuente: Investigación realizada
Anexo 8: Proceso de mezclado en máquina
Fuente: Investigación realizada
116
Anexo 9: Colocando en sacos en alimento mezclado con el ácido orgánico
Fuente: Investigación realizada
Anexo 10: Alimentación en comederos
Fuente: Investigación realizada
117
Anexo 11: Tabla de Alimentación de la Camaronera
Fu
ent
e:
Inv
esti
ga
ció
n
rea
liza
da
Dias Semanas Peso Aproximado
% de Supervivencia
% de Biomasa a alimentar
1 1 0,001 100 16
8 2 0,1 85 14
15 3 0,5 80 10
22 4 1,5 75 8
29 5 2,5 70 7
36 6 3,5 65 6
43 7 4,5 60 5
50 8 5,5 58 4
57 9 6,5 56 3,5
64 10 7,5 54 3,3
71 11 8,5 52 3
78 12 9,5 50 2,5
85 13 10,5 48 2
92 14 11,5 47 2
99 15 12,5 46 2
106 16 13,5 45 2
113 17 14,5 44 2
118
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